Pevnost betonu: definice, GOST, tabulka, nárůst pevnosti

Ve stavebnictví a architektuře je beton právem považován za jeden z nejuniverzálnějších materiálů pro svou odolnost a spolehlivost. Jeho struktura je však heterogenní, takže proveditelnost jeho použití je určena mnoha ukazateli, z nichž hlavním je síla. Právě tato síla určuje výběr konkrétní značky při výrobě různých prvků a struktur.

Pevnost betonu

Materiál se porouchá kvůli tahovým napětím, smykovým napětím, tlakovým napětím nebo kombinaci jakýchkoli dvou výše uvedených napětí aplikovaných na konstrukci nebo díl. Beton, jako křehký materiál, je mnohem slabší v tahu a smyku než v tlaku, takže porušení při tlakovém zatížení je v podstatě způsobeno smykem sousedních nakloněných rovin. Protože odolnost proti lomu je způsobena jak soudržností, tak vnitřním třením, úhel lomu není 45° (rovina maximálního smykového napětí), ale je funkcí úhlu vnitřního tření, který je přibližně 20°.

Kontrolní úhel přetržení se může odchylovat od teoretické hodnoty v důsledku komplexního napěťového stavu způsobeného podmínkami konečného stlačení vzorků. Toto vychýlení je výsledkem bočního roztažení, které je omezeno zatížením způsobeným třením nosných desek.

Není-li příčná expanze na koncových nosných plochách omezena, vzorek se může rozdělit na sloupcovité fragmenty (viz obr. 1), přičemž může dojít k porušení v důsledku závislosti na smykovém štěpení.

Druhy síly

Pro všechny typy domácího betonu se standardizovanými mechanickými vlastnostmi stanoví aktuální GOST 10180-2012 a GOST 18105-2018 následující pevnostní podmínky:

1. Kompresí (B).
2. Axiálním napětím (B₁).
3. Ohybem (B_tb).

Současně jsou rozděleny ukazatele normalizovaného B_normy a skutečné B_ф pevnost, měřená v MPa (N/mm 2 ).

Pevnost betonu v tlaku se zjišťuje porušením celistvosti připravených vzorků, které se provádí pomocí speciálního laboratorního zařízení. S rostoucími hodnotami přípustné pevnosti se materiál stává odolnějším, ale také dražším.

Nejlepší hodnota B je přijata v rámci následujících limitů:

• pro výrobky a základny instalované na zemi (viz obr. 2) – obvykle 25. 30 MPa;
• pokud jde o zavěšené desky a nosníky používané v mostních konstrukcích nebo jiných systémech rozpětí (viz obr. 3) – od 28 do 35,5 MPa;
• pro uspořádání stěnových konstrukcí nebo sloupů – od 30 . 35 MPa;
• pro dlažbu – ne nižší než 28. 32 MPa.

Pro konstrukce, které jsou provozovány v zimě nebo v chladnějším než obvyklém klimatu (viz obr. 4), jsou vyžadovány vyšší hodnoty tohoto parametru, protože musí být odolné vůči značnému počtu F cyklů zmrazení/rozmrazení – od 25 až 900 nebo více. Pevnost betonu v tlaku je propojena s indexem mrazuvzdornosti.

Pevnost betonu

Pevnost betonu v tlaku se zjišťuje porušením celistvosti připravených vzorků, které se provádí pomocí speciálního laboratorního zařízení. S rostoucími hodnotami přípustné pevnosti se materiál stává odolnějším, ale také dražším.

Nejlepší hodnota B je přijata v rámci následujících limitů:

• pro výrobky a základny instalované na zemi (viz obr. 2) – obvykle 25. 30 MPa;
• pokud jde o zavěšené desky a nosníky používané v mostních konstrukcích nebo jiných systémech rozpětí (viz obr. 3) – od 28 do 35,5 MPa;
• pro uspořádání stěnových konstrukcí nebo sloupů – od 30 . 35 MPa;
• pro dlažbu – ne nižší než 28. 32 MPa.

U konstrukcí, které jsou provozovány v zimě nebo v chladnějším klimatu než je obvyklé (viz obr. 4), jsou vyžadovány vyšší hodnoty tohoto parametru, protože musí být odolné vůči značnému počtu cyklů zmrazení/tání F – od 25 do 900 nebo více.

Pevnost betonu v tlaku je propojena s indexem mrazuvzdornosti.

Aby bylo možné detekovat primární zvýšení vnější síly, musí být vzorky odebrány po 7 dnech a poté znovu po 28 dnech. V některých případech se kontrola kvality provádí i po třech až čtyřech dnech.

Jak se určuje pevnost betonu v tahu?

Pevnost v tahu je vlastnost materiálu úspěšně odolávat procesům destrukce nebo praskání, které se objevují ve vzorku při aplikaci neustále se zvyšujících tahových sil. Tento indikátor určuje přítomnost a četnost trhlin ve stavebních konstrukcích.

Běžný beton má nižší hodnoty pevnosti v tahu (ve srovnání s pevností v tlaku). K odhadu tohoto parametru se používají spíše nepřímé než přímé metody, které se vyznačují lepší reprodukovatelností. Nejčastěji je implementována technologie štěpkování betonových válců (viz obr. 5), která odpovídá doporučením a normám GOST 25870-2019.

Jak se určuje pevnost betonu v ohybu?

Ukazatel se používá jako nepřímé měřítko kvality materiálu. Je definována jako stupeň, ve kterém je konvenční betonová deska nebo nosník náchylný k porušení v důsledku namáhání v ohybu. Pevnost betonu v ohybu v závislosti na typu směsi je nízká a přesahuje 15. 20 procent odpovídající pevnosti v tlaku.

Metodika testování je uvedena v GOST 10180-2012. Ukazatelem kvality je skutečná hodnota pevnosti v tahu podél vnějšího povrchu zatíženého vzorku (viz obr. 6).

Ohybové testy jsou velmi citlivé na proces přípravy vzorku. Zejména se testování provádí pouze za použití vlhkých produktů.

Co určuje pevnost betonu?

Jako u každé heterogenní struktury nejsou vlastnosti daného materiálu konstantní, nejvíce je ovlivňuje doba a teplota tuhnutí, vliv chemického složení složek směsi je považován za méně významný.

Faktor času

Pevnost se zvyšuje v důsledku hydratace cementu. Jak je známo, různé typy cementu hydratují různou rychlostí. Narůstání pevnosti betonu tedy pokračuje v čase (viz obr. 7).

Dříve se věřilo, že po 28 dnech je míra hydratace nevýznamná, ale nedávné studie ukázaly, že tento proces přetrvává až 1 rok: síla po 1 roce je o 20. 25% vyšší než stejný ukazatel po 1 měsíci.

Teplotní faktor

Zahřívání (využívá se elektrické vytápění) urychluje chemickou reakci hydratace, a tím ovlivňuje i pevnost betonu. Podle moderních údajů závisí nárůst pevnosti betonu jak na čase, tak na teplotě, což potvrzují údaje v tabulce (viz obr. 8).

Složení a užitné vlastnosti betonu

Pevnostní zisk betonu je výrazně ovlivněn typem cementu, přesněji jeho chemickým složením a jemností mletí (viz obr. 9). Přítomnost složek obsahujících uhlík a síru určuje vývoj pevnosti až na 28 dní, zatímco sirouhlík C₂S odpovídá za intenzitu procesu i po stanovené době.

V dobře vypáleném cementovém slínku je celkový obsah uhlíku a síry v rozmezí 44. 46 % a C₂S – 25 %. V důsledku toho může být celkové množství těchto složek od 70 do 80 %. Čím jemnější je cement, tím rychleji a více se zvyšuje pevnost.

Důležitá je také přítomnost alkálií v cementu. Čím větší je množství přítomných alkálií, tím nižší je zisk pevnosti. Vliv hlavních charakteristik plniva se projevuje následovně:

1. Tvar a textura částic. Drcený kámen s drsným povrchem a hranatými částicemi získává pevnost, která je přibližně o 15 % větší než u přírodního štěrku s hladkým povrchem. Důvodem je, za jinak stejných okolností, lepší vazba mezi kamenivem a cementovou hmotou.
2. Velikost částic. Bylo zjištěno, že pro konstrukční třídy a poskytuje maximální velikost plniva až 38. 40 mm největší pevnost, po které se tento indikátor začíná snižovat. To může být způsobeno skutečností, že čím větší je velikost kameniva, tím menší je smáčený povrch na jednotku hmotnosti kameniva. Pokud je velikost částic kameniva větší než 40 mm, je nárůst obsahu vody/cementu kompenzován účinkem menší spojovací plochy mezi kamenivem a cementovou pastou.
3. Rovnoměrnost frakcí kameniva. Dobře vytříděné kamenivo vytvoří materiál se zvýšenou hustotou, což povede ke zvýšení pevnostních vlastností. Vliv typu kameniva na pevnost se liší co do velikosti a závisí na poměru směsi voda-cement. Bylo zjištěno, že při poměru voda/cement menším než 0,4 poskytuje použití drceného kameniva vyšší pevnost (přibližně o 35. 40 %) než při použití běžného přírodního štěrku.

Влажность

Beton, jak známo, se získává spojením cementu s vodou a potřebnými plnidly – pískem, štěrkem, barvotvornými přísadami – za přítomnosti vzduchu.

Směs s přebytečným cementem se pozitivně vyznačuje snadným litím, ale pak snadno praskne, takže trvanlivost hotové konstrukce bude nízká. V souladu s tím povede nadměrná viskozita těsta k tvorbě nekvalitního betonu s velkým počtem pórů.

Čím déle materiál zůstane vlhký, tím bude pevnější, je však nepřípustné vytvrzovat beton při velmi nízkých nebo naopak při zvýšených teplotách.

Poměr voda-cement

Jak se tento ukazatel snižuje, zvyšuje se pevnost betonu, ale práce s takovým materiálem se stává obtížnější, zejména pokud se pokládka provádí na poli.

Ošetření instalace

Pro nejlepší zpracovatelnost platí, že čím vyšší je obsah cementu, tím méně vody je potřeba. To pomáhá zvýšit pevnostní charakteristiky materiálu. Rovnoměrnost promíchání je významná pouze do určitého poměru voda/cement, dále již není pozorován žádný významný nárůst pevnosti;

Nejlepší kvalitu míchání zajišťují mobilní míchačky (viz obr. 10).

Pro zajištění pevnosti je důležité dodržet optimální dobu míchání. Zatímco pevnost má tendenci se s dobou míchání zvyšovat (až do určitého bodu), příliš dlouhé míchání může způsobit nadměrné odpařování vody a tvorbu jemných částic ve směsi. Tím je beton obtížnější a má nižší kvalitu.

Neexistuje žádné definitivní pravidlo pro optimální dobu míchání, protože závisí na mnoha faktorech, jako je typ použité míchačky, rychlost jejích lopatek a složení konkrétních složek a materiálů v dané dávce betonu.

Výztuž

Výztuž – zavedení vetknuté ocelové výztuže do hmoty betonu (viz obr. 11) – zvyšuje trvanlivost spojení mezi jednotlivými fragmenty betonového výrobku. Lze ji definovat jako protiskluznost ocelových výztužných prutů zalitých v betonu. Tento odpor je zajištěn třením a adhezí mezi betonem a ocelí a třením mezi betonem a výstupky na povrchu válcovaného drátu. To je také ovlivněno smršťováním betonu oproti oceli.

Lepení při armování zvyšuje nejen vlastnosti betonu, ale i mechanické vlastnosti oceli. Přilnavost do hodnot 18. 22 MPa se zvyšuje přibližně úměrně s pevností betonu v tlaku. U více odolných betonů se postupně snižuje vliv závislosti kvality adheze na intenzitě vyztužení.

V počátečních fázích porušení (skluzu) závisí pevnost vazby na velikosti a rovnoměrnosti bočního tlaku, který existuje (nebo může vzniknout) mezi ocelí a okolním betonem. Adhezní síla závisí především na druhu cementu, přísadách a poměru voda-cement a prakticky nesouvisí s nárůstem objemu vzduchu obsaženého v betonové směsi.

Intenzita vyztužení roste se zpomalováním frekvence vibrací při hutnění materiálu a klesá s rostoucí teplotou. Při teplotách od 200 °C do 300 °C je tedy adhezní pevnost pouze 50 % adhezní pevnosti při pokojové teplotě.

Síla adheze klesá se střídáním postupů smáčení a sušení, zmrazování a rozmrazování. Jeho hodnota se většinou zjišťuje odtrhovou zkouškou. Účinnost výztuže se zvyšuje, pokud cement obsahuje zvýšené množství C₂S.

Jak se určuje pevnost betonu?

Volba metody je dána požadavky na přesnost a podmínkami její aplikace – ve specializované laboratoři nebo přímo na stavbě.

Laboratorní metody

Laboratorní testování zahrnuje použití destruktivních i nedestruktivních testovacích technologií. První jsou popsány výše a zahrnují zkoušky ohybem, tahem a tahem vzorků betonu ve formě nosníků obdélníkového průřezu nebo válců, plných nebo dutých. Pro zvýšení přesnosti výsledků testů musí být každý z nich proveden nejméně třikrát;

Nedestruktivní metody jsou považovány za modernější, včetně:

1. Šok/elastický. Související vybavení se skládá z práškové nebo vzduchem poháněné pistole, sond z tvrzené slitiny, nabitých nábojů a hloubkoměru. Sonda je zaražena do betonu pomocí přesné práškové náplně. Hloubka průniku je vztahována vzorcem k pevnosti betonu v tlaku. Zařízení je předkalibrováno pro typ použitého betonu a kameniva.
2. Extrakce. Metoda spočívá v měření (pomocí speciálního zvedáku) síly potřebné k vytažení speciálně tvarované ocelové tyče z betonu, jejíž zvětšený konec je ponořen do betonu do určité hloubky. Síla potřebná k roztržení souvisí s pevností v tlaku.
3. Dynamický ultrazvukový pulsní test, který měří dobu, za kterou ultrazvuk projde betonem. Zařízení se skládá z pulzního generátoru a pulzního přijímače. Pulsy jsou generovány piezoelektrickými krystaly budícími ráz, podobné krystaly jsou použity v přijímači. Zkoušky lze provádět jak na laboratorních vzorcích, tak na hotových betonových konstrukcích.
4. Test radioaktivity. Gama radiografii lze použít nejen ke stanovení pevnosti, ale také k detekci umístění výztuže a měření hustoty betonových konstrukčních prvků.

Výsledky nedestruktivních zkušebních metod jsou vhodně prezentovány ve formě trojrozměrných počítačových modelů (viz obr. 12), které umožňují názorně vizualizovat rozložení síly v objemu vzorku nebo hotového výrobku.

Hodnocení síly v terénu i doma

Používá se tzv. Kashkarov rebound hammer (v zahraničí je častější název Schmidtův skleometr). Kaškarovovo kladivo (viz obr. 13) se skládá z pružinou řízené nárazové hmoty, která klouže po pístu uvnitř trubkového tělesa. Nástroj se přitlačí k povrchu betonu a na stupnici se určí odrazová vzdálenost, která slouží jako měřítko tvrdosti a tím i pevnosti betonu v tlaku (viz obr. 14).

Zkušební plocha může být horizontální, vertikální nebo umístěná v libovolném úhlu, ale zařízení musí být před použitím zkalibrováno. Kalibraci lze provést pomocí dutých válců 15 x 30 cm se stejnou jakostí cementu a kameniva, které budou použity při testování. Válce jsou zakryty víky a pevně upevněny v pouzdře. Je provedeno několik měření, dobře distribuovaných a reprodukovatelných, a průměrná hodnota každého z nich je číslo odrazu.

Klasifikace druhů betonu podle pevnosti

Třída betonu a pevnostní třída, viz tabulka. Údaje GOST 26633-91 jsou uvedeny:

Pomocí těchto informací můžete vybrat nejlepší stupeň betonu, který splňuje specifikované požadavky SNiP 2.01.07-85.

• Prodej asfaltu
• Prodej betonu
• Drcený kámen
  • štěrk drcený kámen
  • Žula drcený kámen
  • vápencové sutě
  • Třídění žulové drti
  • ShchPS
  • Dolomitová drť
  • Bitumenová drť
  • Drcený kámen ve velkých pytlích
  • Sekundární drcený kámen
  • Betonová drť
  • Lomový písek
  • Aluviální písek
  • vypraný písek
  • ASG
  • Písečná písek
  • Mořský písek
  • Řecký písek
  • Křemenný písek
  • Mramorový písek
  • Horský písek
  • Písek na potěr
  • Písek na pískování
  • Písek na pískoviště