Jak se měří pevnost betonu?

Studium pevnosti betonu v tlaku je důležitou součástí stavebního procesu. Umožňuje zjistit, jak dobře vlastnosti betonové konstrukce odpovídají návrhovým. Na tom závisí životnost a bezpečnost konstrukce a ve většině případů bezpečnost lidí, jejich zdraví a života.

Proto je tak důležité dodržovat správnost nejen přípravy směsi, ale i kontroly základních vlastností finálního produktu. V tomto článku se budeme zabývat metodami určování pevnosti betonu v souladu s regulačními dokumenty.

Stanovení pevnosti betonu

Pravidla pro sledování a hodnocení pevnosti betonu jsou stanovena v GOST 18105-2018. Kontrola pevnostních charakteristik umělého kamene začíná ještě před vlastním procesem přípravy směsi. Sleduje se shoda komponentů s deklarovanou kvalitou a požadovanými vlastnostmi. Každá šarže transportbetonu (RBG) musí být testována na pevnost ve výrobě a opatřena dokumentem kvality v souladu s GOST 7473-2010. Materiál je také testován na řadu parametrů, které ovlivňují pevnost: průměrná hustota, delaminace, voděodolnost, mrazuvzdornost a další.

Po nalití se struktura zkontroluje v přechodném období – o týden později. Během této doby musí materiál získat alespoň 70 % stanovené pevnosti. Zrání betonu je podle technologie ukončeno 28. den, i když ve skutečnosti tento proces pokračuje po celou dobu životnosti konstrukce. Po úplném zatvrdnutí se provádějí závěrečné pevnostní zkoušky betonu. Provádějí se ve stavební laboratoři a přímo na místě v souladu s GOST 22690-2015, 18105-2018, 10180-2012, 17624-2012.

Je třeba mít na paměti, že pevnostní parametry laboratorního vzorku a betonu litého na místě se mohou navzájem lišit, protože podmínky jejich tuhnutí jsou různé. Tvorba návrhové pevnosti závisí na fyzikálních a chemických faktorech ve všech fázích výroby a použití stavebních materiálů:

1. Příprava přísad pro přípravu každé dávky betonové směsi.
2. Míchání složek v maltové jednotce.
3. Nalévání hotové směsi do forem nebo bednění na místě.
4. Pevnostní sada.
5. Provoz zařízení.

Stanovení pevnosti betonu v již postavené konstrukci musí být provedeno v následujících případech:

• při převzetí do provozu;
• je nutné provést opravy, ale k materiálu nejsou žádné doklady;
• ve struktuře betonu se objevily vady (trhliny, třísky, odlupování atd.);
• při kontrolách a sledování technického stavu budov;
• budova nebyla používána nebo byla opuštěna;
• konstrukce byla vystavena vlhkosti, vystavení ohni a olejování.

Klasifikace metod zkoušení pevnosti betonu

Volba metody pro posouzení pevnosti betonu závisí na cílech prováděné studie a podmínkách jejího provedení. Hlavní testovací metody jsou:

1. Studium vzorků odlitých z připraveného roztoku v laboratorních podmínkách.
2. Zkoušení vzorků řezaných nebo řezaných z monolitu ztvrdlého betonu.
3. Měření vlastností betonu v závislosti na jeho pevnosti pomocí speciálních přístrojů.

Metody stanovení pevnosti betonu se dělí na destruktivní (první dvě) a nedestruktivní (použití přístrojů). Jejich použití umožňuje provádět výzkum v laboratořích, na stavbách i na již postavených objektech.

Destruktivní metody

Zkoušení pevnosti betonu metodou mechanické destrukce pod lisováním předem tvarovaných vzorků umožňuje kontrolovat limitní parametry směsi:

• pro kompresi;
• pro tahové štípání;
• ohýbání v tahu;
• pro axiální napětí.

Na základě certifikátu kvality a dalších dříve shromážděných informací o BSG je vybrán optimální testovací režim. Pro testování v laboratorních podmínkách se používají kontrolní vzorky získané jedním ze dvou způsobů. V prvním případě se podle GOST 10180 kostky nebo válce z pracovní betonové směsi odlévají do standardních forem určité velikosti. Nechají se vytvrdit za podmínek co nejbližších továrním podmínkám. Druhá metoda podle GOST 28570 spočívá v tom, že experimentální materiál je extrahován (řezán nebo vrtán) z tvrzeného monolitu nebo z těla již sestavených konstrukcí.

Kontrolní vzorky se ničí, postupně se zvyšující síly, na hydraulickém lisu. Požadovaná teplota a vlhkost jsou udržovány automaticky. Pro snížení chyby se nekontroluje jeden vzorek, ale série. Po každé zkoušce se zaznamenají aplikované maximální síly odpovídající porušení stlačení.

Destruktivní metody jsou pracnější a pro testování na již hotových konstrukcích musíte mírně narušit integritu monolitu. Ale tyto technologie umožňují získat nejpřesnější hodnoty pevnosti. Proto jsou povinné při výrobě domácích betonových konstrukcí.

Nedestruktivní metody

Pravidla pro použití nedestruktivních metod zkoušení pevnosti betonu v tlaku upravuje GOST 22690. Tyto metody se dělí do dvou skupin: přímé a nepřímé.

1. Přímé metody jsou založeny na měření mechanických účinků na zkoušený materiál. Tato skupina zahrnuje:
   • Separace kovových disků. Používá se pro testování vyztužených konstrukcí. S jeho pomocí jsou studovány parametry lokální destrukce betonu v oblasti oddělení kovového disku, který je k němu přilepen.
   • Exploze kotvy s prasknutím. Odolnost betonu se měří v okamžiku odtržení úlomku umělého kamene pomocí kotvy. Nevztahuje se na tenké výrobky.
   • Odštípnutí konstrukčního žebra. Používá se ke zkoušení pevnosti liniových konstrukcí: piloty, příčníky, trámy, překlady.
2. Nepřímé metody jsou založeny na porovnání odečtů přístrojů s výsledky zkoušek pevnosti v tlaku pomocí destruktivních technologií. Patří sem:
   • Ultrazvuková metoda pro stanovení pevnosti (US) je založena na různých rychlostech ultrazvukových vln procházejících betonem s různými indikátory pevnosti. Používá se průchozí a povrchové sondování. Požadavky na zkoušení na stavbách upravuje GOST 17624. Výhodou ultrazvukového zkoušení je přesnost a rychlost získávání výsledků.
   • Technika rázového pulsu. Je založen na dopadu kulového kovového úderníku na beton. Speciální zařízení zaznamenávají energii nárazu a její změnu v okamžiku dopadu úderníku na betonový povrch. Výhodou metody je jednoduchost procesu, nevýhodou malá přesnost měření.
   • Metoda pružného (reverzního) odskoku. Metoda je založena na spojení mezi pevností betonu a hodnotou odrazu úderníku od povrchu betonu. Parametry odrazu při dopadu umělým kamenem se zaznamenají a pevnost se vypočítá pomocí předem vytvořeného odstupňovaného vztahu.
   • Metoda plastické deformace. Listy kopírovacího papíru jsou položeny na betonový povrch a zasaženy speciálním nástrojem – Kashkarovovým kladivem s kovovým hrotem. Porovnáním rázové síly a parametrů tisku na papír se stanoví pevnost materiálu porovnáním s referenčním vzorkem. Výsledek je porovnán se standardními ukazateli.
   • Povoleno je i použití částečně destruktivních metod trháním nebo odštípnutím materiálu.

Označení pevnosti betonu

Na základě výsledků výzkumu je betonu přiřazena třída v souladu s GOST 7473. Označení používá písmeno M a číslo udávající průměrnou pevnost v tlaku v kg/cm3. Dále je přiřazena pevnostní třída označená písmenem B a číslem odrážejícím garantovanou pevnost monolitu v tlaku v MPa. Digitální hodnota odpovídá zátěži, kterou kontrolní vzorek odolá bez zničení. Každá značka odpovídá konkrétní třídě betonu. Takže například pro třídu B15 je nejbližší známkou M200.

Označení betonu pevností má přednost při výběru betonové směsi, protože rozsah použití materiálu závisí na jeho pevnostních charakteristikách. Nejběžnější značky jsou od M100 do M500.

Označení dále uvádí druh betonové směsi, zpracovatelnost, voděodolnost a mrazuvzdornost.

Charakteristikou, která určuje úroveň odolnosti betonu vůči různým typům vlivů (mechanickým, fyzikálním, chemickým), je jeho pevnost. Pevnost betonu se musí vypočítat při navrhování jakýchkoliv typů stavebních prací a při stavbě betonových konstrukcí, protože na tom závisí spolehlivost konstrukce.

Stanovení pevnosti betonu

Hlavní charakteristiky pevnosti betonu:

• Třída (B) – kompresní tlak, kterému může zkoumaný vzorek odolat. Jednotky měření jsou megapascal (MPa) podle SNiP 52-01-2003.
• Stupeň betonu (M) – nejvyšší hodnota stlačení. Měřeno v kg/cm2 podle GOST 26633-2015.

Na základě výsledků charakterizačních posouzení a laboratorních zkoušek je stanovena pevnost vzorku betonu. Faktory ovlivňující jeho hodnotu:

• Kvalita použitých složek betonové směsi – frakce plniva, kvalita a čistota vody atd.
• Třída cementu – Různé třídy cementu vytvářejí různé úrovně pevnosti betonu.
• Složení – klíčovou roli hrají poměry hlavních složek v betonové směsi a množství doplňkových přísad (přísady pro zvýšení mrazuvzdornosti a voděodolnosti povrchu).
• Povětrnostní podmínky nebo mikroklima – vlhkost, teplota vzduchu, konzistence roztoku při lití a tuhnutí.

Kontrola kvality betonu by měla být prováděna během nebo bezprostředně po přípravě betonové směsi a dosažení jejích maximálních pevnostních charakteristik v průběhu času. Vzorky jsou také testovány na parametry jako: voděodolnost (W), mrazuvzdornost (F), osové napětí (Bt) a hustota (D).

Klasifikace metod zkoušení pevnosti betonu

Dnes nejběžnější formy a testovací metody jsou: destruktivní ovládání и nedestruktivní testování. Dále se dělí na ty, které se provádějí ve výzkumné laboratoři:

• Destruktivní zkoušení vzorků odlitých z připraveného roztoku v laboratorních podmínkách
• Destruktivní zkoušení řezných vzorků ze ztvrdlého betonu v laboratorních podmínkách

a ty zkoušky, které lze provést ve vybudovaném zařízení:

• Nedestruktivní testování získáváním dat pomocí speciálního zařízení přímo na vybudovaném zařízení.

Údaje získané během testování nám umožňují určit třídu betonu a jeho pevnostní ukazatele. Podívejme se na výše uvedené metody podrobněji.

Destruktivní metody

Kontrolní vzorky se získávají jedním ze dvou způsobů:

• V souladu s GOST 10180 se odlévají do tvaru válce nebo krychle. Vzorky musí být vytvrzeny za podmínek co nejbližších továrním podmínkám.
• V souladu s GOST 28570 se vzorky odebírají z tvrzeného betonu nebo ze samotné postavené konstrukce.

Vzorky jsou zničeny pod hydraulickým lisem. Všechny indikátory přístroje jsou zprůměrovány a zaneseny do protokolu.

Destruktivní metody umožňují získat nejspolehlivější ukazatele přesnosti, ale jsou pracnější.

Nedestruktivní metody

V souladu s pravidly GOST 22690 se k testování pevnosti betonu používá několik metod. Všechny metody jsou rozděleny do dvou skupin:

• Přímá technologie pro trhání kovových kotoučů. Používá se k určení rychlosti destrukce betonu v místě oddělení kovového disku určitého průměru, který je k němu připojen. Trhací síla se zaznamenává zařízením typu „Onyx“. Vydělením čísla indikátoru plochou disku se získají výsledky. Tato metoda testuje materiál v procesu kontroly pevnosti vyztužených konstrukcí.
• Vytahování kotvy s odštípnutím. Pomocí kotvy se odtrhne část kamene a změří se odpor betonu. Hlavní nevýhodou této metody je její pracnost, protože před zahájením zkoušky je nutné vyvrtat otvor pro kotevní šrouby a nainstalovat je do těla objektu.
• Vylamování konstrukčních žeber. Používá se ke studiu pevnosti lineárních výrobků (piloty, příčníky, trámy, překlady).

• Ultrazvukové zkoušení (ultrazvukové pevnostní zkoušení) betonu. Metoda, která využívá rychlost ultrazvukových vln procházejících betonem (v souladu s GOST 17624). Testy se provádějí pomocí průchozí a povrchové sondy. Hlavní výhodou tohoto způsobu testování objektu je přesnost a rychlost pořízení dat.
• Metoda rázového pulsu. Když úderník dopadne na betonový povrch, speciální zařízení snímá hodnotu energie nárazu.
• Metoda odrazu. Metoda zahrnuje měření odrazu úderníku od povrchu betonu. Test se provádí pomocí Schmidtova kladiva. Postup se provádí několikrát, hodnoty jsou zprůměrovány kvůli přítomnosti chyb.
• Metoda plastické deformace. Tato metoda používá Kashkarovovo kladivo. Liší se od všech dostupných způsobů vedení výzkumného procesu. Listy uhlíkového papíru rozložené na povrchu materiálu jsou vyraženy nástrojem. Po změření parametrů tisku na papír jsou v další fázi porovnány jejich přesné hodnoty podle informací z regulačních dokumentů.

Označení pevnosti betonu

Na základě výsledků zkoušky je pro beton stanovena třída podle GOST (M a číslo udávající pevnost v tlaku kg/cm2, B a hodnotu lomové síly při tlaku v MPa. Některé z nejstandardnějších a běžné třídy jsou: M100 a M500.

Rozdělení použití betonu v závislosti na jeho pevnosti betonu. Níže uvedený seznam ukazuje následující typy označení:

• Beton M100 a M250 — beton lehké kategorie. Není určeno pro výrobu v nosných konstrukcích. Jejich vlastnosti jsou méně vhodné pro použití při značném zatížení.
• Beton M300 a M350 – beton střední kategorie. Vhodné pro stavbu základů velkých vícepodlažních budov. Nejlepší volba pro stavbu betonových stěn a podlahových desek.
• Beton M400 a M500 — použitelné při výstavbě vícepodlažních budov. Vhodné pro výrobu železobetonových konstrukcí a extrémních provozních podmínek. M500 je referenční. Často se používá, když je nutné postavit vodní stavby.

Další metody a úkoly pro studium betonových vzorků

Kromě výše uvedených metod zdůrazňujeme další:

• Usazení kužele – konzistence, tekutost
• Zhutnění – určí se koeficient zhutnění roztoku
• Plasticita – stanovení tekutosti roztoku
• Detekce přítomnosti nebo nepřítomnosti, velikosti vzduchových pórů v těle materiálu
• Ohýbání – stanovení ukazatelů schopnosti betonové desky odolávat destrukci při ohýbání

Důležité! U určitých typů konstrukcí existují požadavky na kvalitu použitého betonu a jeho cena přímo závisí na indikátoru pevnosti. Šetření na materiálech je proto nepřijatelné a může mít různé důsledky.