PergolyZkoušení pevnosti v ohybu betonových dlaždic: Komplexní metodika a vliv drátkobetonu
Beton patří ke kompozitním materiálům s výrazně rozdílnými pevnostmi v tlaku a tahu. Pevnost v tahu je obvykle pouze kolem 1/10 pevnosti v tlaku. Zvýšení pevnosti betonu v tahu je možné přidáním drátků do betonu. Drátkobeton patří do širší skupiny vláknobetonů. Vláknobeton existuje v celé řadě variant, které se liší použitým materiálem a tvarem vláken. V některých případech je výhodnější využití drátkobetonu ve srovnání s prostým betonem nebo železobetonem.
Význam a aplikace drátkobetonu
Jedná se zejména o návrh průmyslových podlah a základů. V případě návrhu těchto konstrukcí je potřebný podrobný popis materiálových vlastností drátkobetonu. Materiálovým vlastnostem a použití drátkobetonu se věnuje řada doporučení a standardů, např. Vlastnosti drátkobetonu se prokazují zejména laboratorními zkouškami. Mechanické vlastnosti ovlivňuje kromě množství drátků také technologie zpracování, ošetřování a uložení. Je třeba věnovat pozornost ověřování vlastností a návrhu životnosti. Testování materiálových vlastností drátkobetonu se věnuje řada autorů. Mezi klíčové materiálové vlastnosti drátkobetonu patří pevnost v tahu. Testování pevnosti betonu v jednoosém tahu je však náročné a často vzniká rozptyl naměřených hodnot. Mezi obvyklejší metody zkoušení patří testování pevnosti v tahu za ohybu.
Metody zkoušení pevnosti v ohybu
Zde však existuje celá řada variant. Konfigurace testů se liší rozměry zkušebních vzorků, metodou zkoušení a úpravou vzorků. Jedná se zpravidla o tříbodové nebo čtyřbodové zkoušky, vzorky se často upravují s vrubem do 1/3 výšky průřezu nebo alternativně 25 mm. Pevnost v tahu za ohybu je parametrem, který by měl být v projektové dokumentaci pro UHPC stanoven vždy, protože zásadním způsobem ovlivňuje skladbu a cenu směsi. Zároveň by mělo být stanoveno, jaké hodnoty a jakou metodou budou sledovány. Sleduje se zejména chování betonu po vzniku trhliny. Tah za ohybu se prioritně zkouší na trámcích o rozměrech 700 × 150 × 150 mm zatížených buď 3bodovým ohybem na trámci se zářezem, nebo 4bodovým ohybem na trámci bez zářezu.
Příprava zkušebních vzorků a metodika testování
Testovaly se čtyři ucelené série, každá zkušební série zahrnovala více než 23 vzorků. V rámci testování bylo provedeno několik variant ohybových zkoušek. Jedná se o čtyři varianty, které se liší rozpětím (500 mm nebo 600 mm), vrubem (s vrubem, bez vrubu) a konfigurací zatížení (tříbodová, čtyřbodová zkouška). Při podrobnějším popisu mechanických vlastností drátkobetonu patří mezi časté problémy, že experimentální programy a zkoušky se zaměřují na vybranou materiálovou vlastnost. Vzniká zde také otázka homogenity a rozptylu naměřených hodnot. Tyto faktory následně komplikují použití naměřených materiálových vlastností pro numerické simulace skutečného chování konstrukčních prvků.
Použitá betonová směs patří do skupiny běžných betonů určených pro konstrukční účely (např. základy, podlahy). Příprava směsi proběhla na betonárně specializované na transportbeton v průběhu roku 2016. Maximální zrno betonové směsi bylo 16 mm a vodní součinitel 0,6. Pro beton byl použit portlandský rychle tuhnoucí cement 42,5 MPa. Beton obsahuje také plastifikátor Stacheplast. Na základě průzkumu trhu a dostupnosti byl zvolen typ drátku Dramix 3D 65/60 BG. Tyto drátky patří k běžně dostupným v betonárnách a výrobnách betonových prvků v České republice, ale také ve světě (Evropa, Brazílie, Čína, Turecko).
Čtěte také: Základy a pokročilé materiály pevnosti betonu
Laboratorní program zkoušení byl rozdělen do čtyř částí. Zkušební série zahrnují vzorky bez drátků a vzorky s drátky s dávkováním drátků 25, 50, 75 kg/m3. Pevnost betonu v tlaku je základní mechanickou vlastností, která se určuje na krychlích 150×150×150 mm nebo válcích průměru 150 mm a výšky 300 mm. Pro širší možnost vyhodnocení bylo pro každou sérii zkoušek vyrobeno 6 krychlí a 3 válce. Rozptyl hodnot koeficientu je v intervalu od 0,79 do 0,89. Použitím vláken v betonu jsou ovlivněny především takové vlastnosti. Mezi nejrozšířenější způsoby testování pevnosti v tahu patří zkouška v příčném tahu. Je možné využít zkušebních těles ve tvaru krychle nebo válce. S ohledem na kapacitu laboratoře a provádění zkoušek bylo pro testování využito krychlí. Z výsledků testů je patrný nárůst pevnosti v tahu u vzorků s obsahem drátků. Pevnost v tahu se zvětšila o necelý 1 MPa, to je přibližně o 50 %. Nárůst tahové pevnosti u vyztužených vzorků je však už velice malý.
Tříbodový ohyb
Mezi další běžné zkoušky patří tříbodový a čtyřbodový ohyb. Existují různé konfigurace, které se liší především rozpětím podpor, polohou zatížení nebo hloubkou zářezu. V rámci experimentálního programu byly vybrány čtyři varianty a každá zkouška se prováděla vždy pro dva vzorky. Výpočet pevnosti v tahu je ovlivněn předpokladem rozložení napětí po průřezu a nelineárním chováním betonu. Dochází zde k plastizaci betonu a vznikání mikrotrhlin.
Pro testování jsou zvoleny dvě varianty zkoušek. Zkouška označená 3B600 je pro trámec nominální velikosti 150×150×700 mm, rozpětí 600 mm a průřez má zářez vysoký 50 mm. V případě této zkoušky je lokalizováno místo vzniku trhliny. Druhá varianta označená 3B500 je pro trámec nominální velikosti 150×150×600 mm a rozpětí 500 mm. Místo vzniku trhliny se v tomto případě lokalizuje pod silou v místě, kde je nejmenší pevnost.
Čtyřbodový ohyb
K častým zkouškám zaměřených na tahovou pevnost patří také čtyřbodová zkouška na ohyb. Využívá se také například v doporučení/standardu [11]. V rámci experimentálního programu jsou opět navrženy také dvě varianty 4B600 a 4B500.
Zkouška označená 4B600 je pro trámec nominální velikosti 150×150×700 mm a rozpětí 600 mm. Vzdálenost mezi podporami a silami je 200 mm. Vznik trhliny se lokalizuje u dolního povrchu trámce mezi silami. Druhá varianta čtyřbodové zkoušky na ohyb je označená 4B500 a je určena pro trámec nominální velikosti 150×150×600 mm a rozpětí 500 mm. Zkouška se liší od předchozí umístěním sil.
Čtěte také: Jak odolné je PVC potrubí?
Pevnost betonu v tahu za ohybu je zkouška, která se provádí na betonovém trámci rozměrů 400x150x150 mm. Vždy se zkouší nejméně tři vzorky. Před zkouškou je potřeba ověřit geometrii tělesa a pak ho správně osadit do zkušebního zařízení - lisu. Podle způsobu zatížení se jedná o tří nebo čtyřbodové uspořádání. Čtyřbodové uspořádání zkoušky má vyšší vypovídací hodnotu o pevnosti betonu v tahu za ohybu - těleso se poruší ve střední třetině mezi oběma silami od zatížení. Protože jsou v této části nosníku při uvedeném zatížení posouvající síly rovny nule, dojde k porušení v oblasti namáhání čistým ohybem. U tříbodového uspořádání zkoušky se vždy jedná o kombinaci ohybu a smyku.
Vyhodnocení výsledků a funkční závislosti
Z provedených zkoušek je možné stanovit funkční závislost mezi množstvím drátků v betonu x a pevnosti v tahu za ohybu. Zkoušení pevnosti v jednoosém tahu je náročné. Vzniká zde často velký rozptyl naměřených hodnot. Zkouška je citlivá na okrajové podmínky a to zejména na uchycení zkušebního tělesa. Právě tato mechanická vlastnost je však vyžadována jako fundamentální při využití pokročilých numerických simulací a analýz. Zkoušky pro určení tahové pevnosti v ohybu nebo pevnosti v příčném tahu je však možné využít k dopočtu pevnosti v jednoosém tahu pomocí známých vztahů, které jsou ověřeny na velkém množství experimentů. U betonu nižších pevností se doporučuje volit součinitele u dolní hranice.
Vyhodnocením zkoušek krychelné a válcové pevnosti v tlaku je možné velmi dobře rozlišit příznivý vliv drátků. Pevnost v tlaku však velmi výrazně závisí také na orientaci vláken a ta může mít za následek, že výsledná pevnost v tlaku s množstvím přidaných drátků klesá. Tento problém je možné také nalézt u jiných experimentálních programů. Výsledný přepočtový koeficient 0,83 mezi krychelnou a válcovou pevností je v dobré shodě s doporučeními, které nejčastěji uvádějí hodnotu 0,85. Zkoušky v příčném tahu velmi dobře ilustrují vliv drátků na růst tahové pevnosti, a to i při množství drátků 25 kg/m3. S větším množství drátků však také roste rozptyl naměřených hodnot tahových pevností. Zejména to platí pro směs s drátky 75 kg/m3. Porovnáním výsledných funkční závislostí mezi tří a čtyřbodovou ohybovou zkouškou se ukázalo, že nižší hodnoty mají tahové pevnosti čtyřbodové zkoušky. Důvodem je větší oblast, kde se tahová trhlina může lokalizovat.
Nejdůležitějšími zjišťovanými parametry jsou zbytková pevnost v tahu za ohybu dle ČSN EN 14651 + A1 při CMOD1 - fR,1 a poměr fR,3/fR,1 stanovený při stejné zkoušce. Zbytková pevnost fR,1 stanovuje napětí v tahu za ohybu při rozevření trhliny 0,5 mm a definuje tak jakousi pevnost v tahu za ohybu po vzniku trhliny. Poměr fR,3/fR,1 určuje poměr napětí v tahu za ohybu při rozevření trhliny 2,5 a 0,5 mm a jedním číslem popisuje tvar grafu závislosti tahu za ohybu a rozevření trhliny.
Standardy a technické specifikace
Na provádění, měření a kvalitu prací se vztahují příslušné ČSN, obecně závazné předpisy nebo normy výrobců v plném znění. Jsou to zejména:
Čtěte také: všestrannost lepidel Unilex
- ČSN 01 3402 Výkresy ve stavebnictví. Popisové pole
- ČSN E NISO 9431 Výkresy ve stavebnictví - Plochy pro kresbu, text a popisové pole na výkresovém listu
- ČSN 01 3405 Výkresy ve stavebnictví. Označování charakteristik přesnosti
- ČSN EN ISO 6284 Výkresy ve stavebnictví - Předepisování mezních odchylek
- ČSN 01 3406 Výkresy ve stavebnictví. Označování stavebních hmot v řezech
- ČSN 01 4310 Mapy velkých měřítek. Základní a účelové mapy
- ČSN 01 3411 Mapy velkých měřítek. Kreslení a značky
- ČSN 01 3419 Výkresy ve stavebnictví. Vytyčovací výkresy staveb
- ČSN 01 3420 Výkresy pozemních staveb. Společné požadavky na výkresy pozemních staveb
- ČSN 01 3428 Výkresy pozemních staveb. Kreslení schodišť a šikmých ramp
- ČSN 01 3429 Výkresy pozemních staveb. Kreslení stropů a zavěšených podhledů
- ČSN 01 3430 Výkresy pozemních staveb. Kreslení podlah
- ČSN 01 3432 Výkresy pozemních staveb. Kreslení oken, dveří a vrat
- ČSN 73 0202 Přesnost geometrických parametrů ve výstavbě. Základní ustanovení
- ČSN 73 0203 Přesnost geometrických parametrů ve výstavbě. Funkční tolerance
- ČSN 73 0205 Geometrická přesnost ve výstavbě. Navrhování geometrické přesnosti
- ČSN 73 0270 Přesnost geometrických parametrů ve výstavbě. Kontrola pozemních
- ČSN P ENV 13670 - 1 Provádění betonových konstrukcí - Část 1: Společná ustanovení
- ČSN 73 2520 Drsnost
EUROLAB spolu se svými nejmodernějšími akreditovanými laboratořemi a expertním týmem poskytuje přesné a rychlé testovací služby v rámci testování ASTM C78. Hodnoty uvedené v jednotkách SI nebo palcích-librách budou považovány za standardní samostatně. Hodnoty specifikované v každém systému nemusí být přesně ekvivalentní; proto by měl být každý systém používán nezávisle na druhém. Tato norma nemá za cíl zabývat se všemi bezpečnostními problémy, pokud existují, souvisejícími s jejím používáním. EUROLAB pomáhá výrobcům s vyhověním testu ASTM C78. Naši testovací experti se svým profesionálním pracovním posláním a principy poskytují vám, našim výrobcům a dodavatelům, ty nejlepší služby a kontrolovaný testovací proces v našich laboratořích.
tags: #zkouseni #pevnost #v #ohybu #betonovych #dlazdic
