Princip fungování Schmidtova kladívka pro měření pevnosti betonu a malty

Schmidtovo kladívko, známé také jako odrazový tvrdoměr, je nástroj určený pro nedestruktivní testování ztvrdlého betonu. Tato metoda, nazývaná sklerometrická či tvrdoměrná zkouška, se běžně využívá při kontrole kvality betonových konstrukcí, kde je potřeba rychle a bez poškození stanovit pevnost betonu. Hlavními přednostmi použití Schmidtova kladívka jsou jeho jednoduchost, rychlost provedení a ekonomická nenáročnost.

Historie a vývoj

Staří Římané, kteří využívali cementovou maltu pro její vysokou pevnost v tlaku, zjišťovali její vlastnosti škrábnutím ocelovým hřebem po povrchu. Betonáři v 50. letech našeho století posuzovali pevnost betonu poklepáním lehkým kladívkem na stavební dílec. Potřebné informace o požadované pevnosti jim poskytoval zvuk, který přitom vznikal, a dále především intenzita odrazu „měřená“ v zápěstí.

Zkušený praktik byl dokonce schopen určit na základě svých pozorování pevnost v betonu či stupeň jeho zatvrdnutí (stáří). Málokdo však má absolutní sluch a takovou praxi, aby mohl zodpovědně posuzovat kvalitu betonu jen podle zvuku. Přesto však právě tento princip měření vytvořil v té době základ pro vývoj mechanického měřicího přístroje, ve kterém je síla úderu na povrch betonu přesně definována vymrštěním stanovené hmoty pružinou se známou charakteristikou a měří se hodnota velikosti zpětného odrazu, která se odečítá na stupnici přístroje.

Autor přístroje, Ing. Ernst Schmidt z Basileje, zadal již v roce 1954 první model tohoto přístroje do výroby švýcarské firmě PROCEQ. Od té doby bylo vyvinuto dalších devět modelů tohoto tvrdoměrného kladívka.

Princip fungování

Použitým způsobem měření patří Schmidtovo kladívko mezi tzv. „tvrdoměrné“ (sklerometrické) metody, když se požadovaná veličina zjišťuje nepřímo prostřednictvím měření velikosti pružné reakce od vyvozeného úderu.

Čtěte také: Praktické použití Schmidtova kladívka

Proti povrchu zkoušeného materiálu je pružinou vymrštěn ocelový úderník kladívka, který se od něj odrazí. Úderník odrazem napne pracovní pružinu s mechanickým ukazatelem odrazu. Na základě velikosti odrazu kladívka od podkladu se na stupnici zobrazí tvrdost podkladu a z něj se odvodí jeho pevnost v tlaku.

Vnitřní rázový člen přístroje - „kladivo“ narazí definovanou energií na povrch betonu a odrazí se zpět. Velikost odrazu je závislá na tvrdosti betonu. Pomocí přepočtového diagramu sestávajícího ze tří křivek, které odpovídají třem základním směrům rázu, tj. nahoru, dolů, nebo vodorovně - se určuje pevnost v tlaku v N/mm2. Pro stanovení optimálního průběhu těchto křivek bylo v různých laboratořích a zkušebních ústavech proměřeno na 20 000 betonových kostek.

Protože se při těchto zkouškách beton vůbec neporuší, nebo se poruší jen tak málo, že tím není narušena funkce zkušebního tělesa, dílce nebo konstrukce, patří tato zkouška mezi tzv. „nedestruktivní“ metody zkoušení betonu.

Pevnost betonu se určuje z tvrdosti cementové malty, spojující jednotlivá zrna kameniva v betonu. Proto se zkoušky provádí v místě malty a ne v místech kamínků. Při zkoušce Schmidtovým kladívkem vznikají v betonu v místech dopadu úderníku vtisky. Pro vyhodnocení jednoho zkušebního místa potřebujeme alespoň pět platných vtisků. Tvrdoměrem se také musí zaznamenat i poloha, ve které byl přístroj při zkoušce (vodorovně, svisle dolů, svisle vzhůru). Tato skutečnost se totiž projeví při vyhodnocení ve formě opravy vlivu gravitace na funkci přístroje.

Příprava měření a provedení zkoušky

Beton se zkouší na vybraných zkušebních místech, která se volí tak, aby svým rozložením a počtem reprezentovala zkoušenou plochu betonu. Rozložení zkušebních míst je uvedeno v ČSN EN 12504-2, kterou byla nahrazena původní česká norma ČSN 73 1373. Tato zkušební místa se označují a zakreslují do zkušebních protokolů a zprávy o provedené zkoušce. Velikost zkušebních míst musí být taková, aby se na nich dal provést potřebný počet měření vzájemně dostatečně vzdálených.

Čtěte také: Praktický průvodce oklepáním omítky

Beton ve zkušebních místech musí být stejnoměrný, bez štěrkových míst. Povrch zkoušeného materiálu se připraví pomocí abrazivního kolečka, aby vznikla hladká a suchá plocha 10x10 cm s odstraněnou povrchovou vrstvou. Před vlastním měřením se vybroušením za sucha pomocí brusného kamene odstraní na zkušebních místech zkarbonatovaná vrstva betonu (cementové mléko). Tímto je beton připraven k provedení měření.

Uvedená norma předepisuje, že před každým měřením se mají provést alespoň 3 rázy nanečisto, aby se ověřila správnost funkce přístroje. Před každou sérií zkoušek na povrchu betonu se musí tvrdoměr ověřit na kalibrační kovadlině, stejně tak po ukončení zkoušení.

Razník tvrdoměru se přiloží na zkušebním místě kolmo na povrch betonu, přičemž se celý tvrdoměr stlačuje plynulým pohybem, až se vyvodí ráz. V tomto okamžiku je uvnitř tvrdoměru proti razníku vrženo silou pružiny nárazové závaží, které je po úderu odmrštěno určitý úsek zpět. Velikost úseku ukáže ručička na stupnici. Na každém zkušebním místě se provede nejméně devět čtení.

Vyhodnocení výsledků

U základních modelů N a L se po každém rázu zjištěná hodnota zapíše, u registračních modelů postačí mít předem stanovený plán rozmístění zkušebních míst měření, kontrolovat pouze, zda naměřené hodnoty nepřevyšují stanovený rozptyl a odečíst je např. až po skončení měření v kanceláři.

Ze všech platných měření na jednom zkušebním místě se vypočte podle originálního znění normy ČSN EN 12504-2 medián (v českém překladu chybně uvedena střední hodnota). Jestliže více než 20 % všech čtení se liší od hodnoty vypočteného mediánu o více než 6 jednotek, pak celá sada čtení musí být zamítnuta.

Čtěte také: Složení venkovní omítky

Pevnost betonu zjistíme odečtením z převodního diagramu, nebo tabulky pro příslušný typ tvrdoměru a zaokrouhlíme ji na celé číslo. Zjištěné hodnoty uvedeme do tabulky, která je součástí zkušebního protokolu. Ten musí obsahovat veškeré potřebné náležitosti pro přesnou identifikaci míst měření, tabulku naměřených a přepočtených hodnot včetně dalších předepsaných formálních náležitostí jako jsou datum, čas, podmínky prostředí (teplota, vlhkost), zachování postupu uvedeného normou.

Modely Schmidtova kladívka

Existují různé modely Schmidtova kladívka, které jsou přizpůsobeny pro různé typy materiálů a tloušťky konstrukcí:

  • Model N: Základní typ používaný v rozsahu krychelné pevnosti 10 až 100 MPa v normálním pozemním a mostním stavitelství.
  • Model L: Typ se sníženou rázovou energií (cca 1/3) oproti modelu N, používaný v rozsahu krychelné pevnosti 10 až 70 MPa. Tímto modelem se zkouší tenkovrstvé stavební prvky a konstrukce s tloušťkou pod 100 mm, aby se zabránilo vzniku rázem vyvolaných vibrací, které by ovlivnily naměřené hodnoty. Vhodný pro měření tenkovrstvých betonových potěrů.
  • Model P: Typová řada určená pro zkoušení stavebních materiálů s nízkou tvrdostí a pevností a pro zkoušení počátečních pevností malt.

Digitální verze

Moderní tvrdoměry jsou k dispozici i v digitální verzi. Mikroprocesorem řízená elektronická verze převádí odraz kladiva na elektrický signál a zobrazí jej ve zvolené jednotce. Digitální kladivo je napájeno z baterie, lze jej snadno připojit k PC přes USB port. Velká vestavěná paměť umožňuje uložit až 5000 výsledků.

Modely N a L se dodávají i v modifikaci s registračním zařízením, které zaznamenává naměřené hodnoty na registrační pásce. Odpadá tím nutnost zaznamenávání či diktování naměřených hodnot a hlavně nebezpečí vzniku chyb při přenosu. Zkouška tak zabere míň času, odstraní se nebezpečí vzniku chyby z odečítání a kromě toho zůstane ve formě registrační pásky zachován dokument, který může i dodatečně poskytovat informace o výsledcích zkoušek. Pro větší četnosti měření se pak již vyplatí zvážit pořízení tvrdoměru DIGI-SCHMIDT Schmidtovo kladívko (v provedení N, nebo L), kde navíc vnitřní programové vybavení obsahuje již výše zmíněné převodní křivky (lze doplnit i vlastními speciálními) a na displeji se zobrazují výsledky.

Omezení a časté chyby při použití Schmidtova kladívka

Schmidtovo kladívko je určeno pouze k měření obyčejného hutného betonu, který je zhotoven z běžně používaného kameniva s objemovou hmotností zrn větší než 2500 kg/m3 a z portlandského cementu.

Časté chyby, které mohou ovlivnit přesnost měření:

  • Použití pro nevhodné materiály: Nevhodné je použití této metody například pro měření pevnosti v tlaku betonových podlah s finální úpravou.
  • Nedostatečná příprava povrchu: Zvláště u betonů se silnou vrstvou vyplaveného cementového mléka je tak měření zcela znehodnoceno. To se týká i betonových podlah zasypaných začerstva cementem a zahlazených, tzv. „gletovaných“ podlah. Pokud provedeme měření na této vrstvě, zjistíme vysoké pevnosti, které neodpovídají skutečné pevnosti betonu.
  • Měření na kamenivu: Měření na štěrkovitém betonu s velkými zrny kameniva. Pokud provedeme zkušební měření na kamenivu, zaznamenáme vysokou hodnotu, která však neodpovídá pevnosti betonu.
  • Měření na extrémně tenkých potěrech: Pokud se měření provádí na potěru, jehož tloušťka se pohybuje kolem 2-4 cm, který zároveň není pevně spojen s podkladem („dutá místa“), nelze tuto metodu použít. Tenká vrstva potěru pod úderem razníku Schmidtova kladívka pruží a zjištěná hodnota následně neodpovídá skutečnosti. Takováto měření doprovází charakteristický „dutý“ zvuk a na ukazateli se obvykle neukáže žádná hodnota.
  • Nevyčištěný, neseřízený přístroj: Vzhledem k podmínkám, v jakých se Schmidtovo kladívko používá, zejména vysoké prašnosti na stavbách, je nutné ho podle četnosti používání dávat čistit a seřizovat v autorizovaném servisu. V žádném případě se nesmí při údržbě přístroje používat oleje nebo tuky - jejich použití má za následek spolu s prachem z provozu vznik brusné pasty, následné zkreslování naměřených hodnot až zadření.
  • Nekvalifikovaná obsluha: Také kvalifikace pracovníka provádějícího zkoušku je velmi důležitá. Ten musí umět posoudit, zda na stanoveném místě lze provést po řádné úpravě povrchu plnohodnotné měření, musí s citem dodržovat vždy kolmý směr tvrdoměru k povrchu měřeného místa a pevné přitlačení k povrchu, aby nedošlo k odskočení celého přístroje.

Srovnání s jinými metodami

Výsledkem měření Schmidtovým kladívkem je tzv. „pevnost betonu v tlaku s nezaručenou přesností (Rbe)“. Tuto pevnost je možno porovnat s tzv. „krychelnou pevností betonu“, zjišťovanou laboratorně stlačováním zkušebních krychlí, které byly zhotoveny současně s výrobou příslušné betonové konstrukce. Tato metoda vypovídá však spíše o kvalitě použité betonové směsi než o kvalitě betonové konstrukce z ní vyrobené.

Další metodou zkoušení kvality betonu jsou ultrazvuková měření. Zatímco při měření Schmidtovým kladívkem se jedná o povrchové měření na konkrétním místě, ultrazvukovým přístrojem lze měřit čas, který potřebuje ultrazvukový signál k průchodu celou vrstvou betonu a tím posuzovat kvalitu betonového prvku v celém průřezu. Je sice vypracovaná kombinovaná metoda složená z měření Schmidtovým kladívkem a ultrazvukovým přístrojem, která dává přesnější výsledky, avšak u podlah je nevýhodou, že lze ultrazvukem provádět pouze tzv. nepřímé měření (tj. na ploše), čímž je potlačen vlastní efekt kombinované metody. V původní ČSN 73 1373 jsou uvedeny ještě další tvrdoměrné metody (např. Waitzmannovo kladívko, kuličkový a špičákový tvrdoměr), avšak tyto se již v praxi zpravidla nepoužívají.

Měření pevnosti malty

Pevnost malty lze stanovit různými způsoby - nedestruktivními metodami, jako jsou tvrdoměrné zkoušky, dále odběrem zkušebních vzorků nebo také chemickým rozborem. Podle ČSN EN 1015-11 lze také pevnost malty stanovit na zkušebních trámcích o rozměrech 160 × 40 × 40 mm, případně na tělesech vyrobených z odebraných vzorků malty.

Pevnost malty v tlaku na stávajících konstrukcích se však v praxi určuje zpravidla upravenou vrtačkou, mezi odbornou veřejností nazývanou „Kučerova vrtačka“. Původně se jednalo o upravenou ruční vrtačku. Následně byla vyvinuta elektrická „Kučerova vrtačka“ s označením PZZ 01, ta se však v praxi příliš neujala.

Hlavní výhodou této metody je, že jsme tímto přístrojem schopni stanovit rovněž pevnost malty v tlaku. Další její výhodou je fakt, že povrch zkušebních vzorků není potřeba upravovat obroušením. To je významné právě u památkových objektů. Pro nalezení regresních křivek mezi veličinami stanovenými NDT metodami bylo potřeba pevnost vzorků stanovit také destruktivně. Pevnosti z destruktivního měření byly získány jako poměr maximálně dosažené síly k zatěžovací ploše.

Normativní požadavky

Schmidtův tvrdoměr (Schmidtovo kladivo) se používá k vyhodnocení tvrdosti povrchu ztvrdlého betonu za účelem stanovení předpokládané pevnosti betonu v tlaku. Odpovídá pro zkoušky dle EN 12504-2; ASTM C805.

Tvrdoměrné kladívko SCHMIDT bylo původně podle zákona č.505/1990 Sb. o metrologii vedeno jako stanovené měřidlo s předepsanou lhůtou metrologického ověřování 1 rok. V současné době je již ze stanovených měřidel vyjmuto. Toto měřidlo se nyní kalibruje, uživatel si stanovuje kalibrační lhůty sám.

Obsah dodávky ADA SH 225

  • Tvrdoměr ADA SH 225
  • Brusný kámen
  • Transportní kufřík
  • Návod v ČJ

tags: #princip #fungování #Schmidtova #kladívka #pro #měření

Oblíbené příspěvky: