Normativní a konstrukční vlastnosti betonu a výztuže – technické charakteristiky

Při kontrole konstrukcí, konstrukcí a budov je povinným krokem stanovení pevnosti betonu. Na této hodnotě přímo závisí bezpečnost a životnost jakékoli konstrukce vyrobené z betonu nebo jednotlivých prvků stavebních konstrukcí.

Znáte-li pevnostní vlastnosti betonu, můžete se vyhnout řadě problémů a zabránit zhoršení výkonnosti budov a jejich předčasnému zničení. Stanovení pevnostní třídy betonu je navíc nevyhnutelným postupem při uvádění stavby do provozu.

Na čem závisí síla?

Beton získává pevnost v důsledku chemických procesů probíhajících při interakci betonové směsi s vodou. Současně může rychlost chemických reakcí pod vlivem určitých faktorů zrychlit nebo zpomalit, což přímo ovlivňuje pevnostní charakteristiky konečného produktu.

Mezi hlavní technologické faktory patří:

• rozměry a tvar konstrukce;
• koeficient smršťování betonu při lití;
• stupeň aktivity cementu;
• procento kapacity v cementové směsi;
• poměry v použitém roztoku cementu a vody;
• druhy a kvalita použitých plniv a správnost jejich míchání;
• stupeň zhutnění;
• doba vytvrzování roztoku;
• podmínky, za kterých dochází k vytvrzování: indikátory vlhkosti a teploty;
• aplikace opakované vibrace;
• podmínky pro přepravu roztoku;
• péče o monolitickou strukturu po nalití.

Každé z těchto kritérií určuje pevnost betonu a spolehlivost konstrukcí nebo jednotlivých konstrukčních prvků z něj postavených.

Pevnostní charakteristiky betonu se mohou zhoršit, pokud jsou porušeny výrobní technologie. Příklady hrubých porušení zahrnují překročení přípustné doby přepravy betonové směsi, nezhutnění a pěchování při lití a další.

Druhy pevnosti betonu

Chcete-li přesně určit pevnost betonu, musíte vědět, co to je:

• design Předpokládá plné zatížení konkrétní třídy betonu. Hodnotu lze získat stanovením pevnosti pomocí kontrolních vzorků. Vzorky podléhají testování s přirozenou expozicí po dobu 28 dnů;
• normalizované. Hodnoty jsou určeny podle regulačních dokumentů a GOST;
• požadovaný. Jsou akceptovány minimální hodnoty povolené zatíženími uvedenými v projektové dokumentaci. Takové hodnoty lze získat pouze ve specializovaných stavebních laboratořích;
• aktuální. Hodnota se získá během testování. Počet musí být alespoň 70 % návrhové hodnoty. Síla tohoto typu je popouštění;
• svlékání Označuje, kdy lze konstrukce nebo zkušební kusy zbourat bez deformace.

Obvykle v prvních 7-15 dnech, při optimální vlhkosti a teplotě 15-25, dosahuje beton pevnosti až 70%. Pokud tyto podmínky nebudou splněny, lhůty se přiměřeně prodlouží.

Obvykle mluvíme o pevnosti, tento pojem znamená krychlovou pevnost v tlaku. Profesionální betonáři však musí specifikovat následující vlastnosti:

• pro kompresi. Základem značení je zde krychlová pevnost získaná testováním vzorků na lisu. Stanovení pevnosti betonu v tlaku pomocí krychlových a 28 dnů starých vzorků se považuje za referenční. Poměrně často se však zkoušky betonu provádějí také 7. den po nalití;
• ohýbat se. Zpravidla se počítá při projektových pracích;
• pro axiální napětí. V laboratorních podmínkách je poměrně obtížné vytvořit požadované zatížení pro vzorek, takže konstruktéři používají specifické hodnoty zavedené v konstrukčních ústavech;
• přenos Udává pevnost v okamžiku tlaku, kdy se napětí výztuže přenáší na beton. Hodnota je uvedena v technické a projektové dokumentaci.

Spolehlivost konstrukcí vyrobených z materiálu závisí na tom, jak přesně je vypočtena pevnost. Proto je ve výpočtech důležitý každý vypočítaný ukazatel.

Jaké požadavky na kontrolu ukládá GOST?

Kvalita betonu je kontrolována na pevnost jak samotnými výrobci, tak regulačními orgány, které se řídí požadavky GOST. Metodiku testování a postup zpracování získaných výsledků upravují GOST 22690-88, 10180-2012, 18105-2010, 7473-2010, 13015-2003, 17621-87, 27006-86, 28570.

Tyto normy platí pro všechny druhy betonu a jasně definují pravidla pro zkoušení pomocí všech existujících metod a posuzování pevnosti. Hlavní normalizované a kontrolované hodnoty při kontrolách jsou:

• pevnost v tlaku v konstrukcích nebo vybraných vzorcích. Označuje se písmenem B, definovaným ve třídách;
• axiální pevnost v tahu (Bt) – je stanovena třída;
• voděodolnost (W) – určuje se jakost betonu;
• mrazuvzdornost (F) – počítá se stupeň;
• průměrná hustota (D) – počítá se ve známkách.

Testy se provádějí různými metodami a zkoumají se vzorky vyříznuté z monolitu nebo čerstvě nalité o ploše 100 až 900 cm². Vzdálenost od okraje konstrukce a mezi kontrolovanými místy a počet měření jsou jasně upraveny regulačními dokumenty.

Všechny získané hodnoty jsou zaznamenávány do protokolu pro stanovení pevnosti betonu, podle kterého se stanovují pevnostní vlastnosti konstrukcí pro splnění všech současných norem.

Hodnoty pevnosti jsou stanoveny v MPa nebo kgf/cm². Níže je uvedena tabulka pro stanovení pevnosti betonu různých tříd a jakostí.

Jaké testovací metody existují?

Při kontrole již postavených budov a při výrobě stavebních materiálů se používají různé metody pro stanovení pevnosti betonu. Všechny jsou rozděleny do funkčních skupin: destruktivní a nedestruktivní. Ty se provádějí přímými a nepřímými metodami.

Pomocí těchto technik sledujeme a získáváme hodnocení pevnostních charakteristik betonu v již postavených a provozních budovách, na stavbách a v laboratorních podmínkách.

Destruktivní metody

Destruktivní testování zahrnuje řezání nebo řezání vzorků z hotové betonové konstrukce, které jsou následně zničeny ve speciálním lisu. Digitální hodnoty tlakových sil se zaznamenávají po každé testovací události.

Tato metoda vám umožňuje získat spolehlivé informace o vlastnostech materiálu, ale vzhledem k jeho vysoké pracovní náročnosti, vysokým nákladům a tvorbě místní destrukce ve strukturách se používá pouze v extrémních případech.

Ve výrobních podmínkách jsou prováděny kontroly na speciálně připravených sériích vzorků vybraných z pracovní směsi plně v souladu s technickými předpisy a normami. Vzorky válcových nebo kvádrových tvarů jsou uchovávány v prostředí co nejbližším továrním podmínkám, poté jsou testovány na lisu.

Nedestruktivní rovné

Kontrolní ověřovací zkoušky metodou přímého nedestruktivního zkoušení jsou prováděny bez poškození zkoumaných předmětů. Pro mechanický dopad na zkoumanou rovinu se k určení pevnosti betonu používají speciální zařízení, pomocí kterých se provádí interakce:

• odtrhávací metoda. Kotouč z vysokopevnostní oceli je nalepen na monolitický povrch pomocí kompozice na epoxidové bázi. Poté se pomocí speciálních mechanismů disk spolu s betonovým fragmentem odtrhne. Pomocí matematických výpočtů se podmíněné množství úsilí převede na stanovený ukazatel;
• odtrhávací metodou. V tomto případě není zařízení připevněno k disku, ale přímo do dutiny betonového předmětu. Do vyvrtaných otvorů se umístí laločnaté kotvy, načež se odstraní prvek materiálu požadované velikosti. V tomto případě je ustavena destruktivní síla;
• způsob sekání žeber. Aplikuje se na takové konstrukce s přítomností sloupů, podlah a trámů. Zařízení je připevněno k vyčnívající oblasti, zatížení se postupně zvyšuje. Hloubka a síla třísky se určí v okamžiku destrukce, poté se pomocí vzorce vypočte požadovaná pevnost.

Mechanické metody pro stanovení pevnosti betonu se nepoužívají, pokud je tloušťka ochranné vrstvy menší než 20 mm. To platí zejména pro techniku ​​štípání.

Nedestruktivní nepřímé

Při takových zkouškách je pevnost stanovena bez zavádění zkušebních zařízení do tělesa konstrukce. V tomto případě se používají následující metody:

• ultrazvukové vyšetření. Zařízení se instaluje na rovný, nepoškozený povrch a každá plocha je postupně zakroužkována podle předem sestaveného programu. Pomocí ultrazvukové metody se získávají indikátory pevnosti porovnáním rychlosti vln v referenčním vzorku a hotové konstrukci;
• metoda šokového pulzu. Zde se používá Schmidtovo kladivo, které naráží na povrch betonu a zaznamenává energii generovanou nárazem. Přesnost požadovaných hodnot pomocí techniky rázových pulzů je relativně nízká;
• metoda elastického odskoku. Provádí se skleněným metrem, který měří dráhu úderníku při dopadu na beton;
• metoda plastického odrazu. Spočívá v porovnání velikosti značky vzniklé v důsledku nárazu kovovou kuličkou s referenčním tiskem. V praxi se používá nejčastěji a provádí se kaškarovským kladívkem, v jehož těle je umístěna ocelová tyč.

Hlavní charakteristiky kontroly pevnosti nárazem, trháním a jinými nedestruktivními metodami jsou uvedeny v tabulce.

Závěr

Zkoušky betonu jsou nedílnou fází sledování a stanovení pevnosti materiálu. Ze stávajících výzkumných metod se za nejvhodnější považuje nedestruktivní zkoušení betonu. Metody zahrnuté v této kategorii jsou cenově dostupnější ve vztahu k laboratornímu testování. Pro získání přesných výsledků je však nutné správně sestavit kalibrační závislost přístrojů a také eliminovat všechny faktory, které zkreslují výsledky měření.

Hlavními ukazateli pevnosti a deformovatelnosti betonu jsou standardní hodnoty jejich pevnostních a deformačních charakteristik.

Hlavní pevnostní charakteristiky betonu jsou standardní hodnoty:

• odolnost betonu proti osovému tlaku R_{b, n};
• odolnost betonu proti osovému tahu R_{bt, n}.

Standardní hodnota odolnosti betonu proti osovému tlaku (prizmatická pevnost) by měla být nastavena v závislosti na standardní hodnotě pevnosti krychlových vzorků (standardní krychlová pevnost) pro odpovídající typ betonu a kontrolována ve výrobě.

Standardní hodnota osové pevnosti betonu v tahu při přiřazení třídy betonu pro pevnost v tlaku by měla být stanovena v závislosti na normované hodnotě pevnosti v tlaku krychlových vzorků pro odpovídající typ betonu a kontrolována ve výrobě.

Měl by být stanoven vztah mezi standardními hodnotami prizmatické a krychlové pevnosti betonu v tlaku, jakož i vztah mezi standardními hodnotami pevnosti betonu v tahu a pevnosti betonu v tlaku pro odpovídající typ betonu. na základě standardních testů.

Při přiřazení třídy betonu pro osovou pevnost v tahu je standardní hodnota osové pevnosti betonu v tahu rovna číselné charakteristice třídy betonu pro axiální pevnost v tahu, kontrolované ve výrobě.

Hlavní deformační charakteristiky betonu jsou standardní hodnoty:

• omezující relativní deformace betonu při osovém tlaku a tahu ε_bo,n a ε_bto,n ;
• počáteční modul pružnosti betonu E _{b, n} .
• Kromě toho jsou stanoveny následující deformační charakteristiky:
• počáteční součinitel příčné deformace betonu v;
• modul betonu ve smyku G;
• koeficient tepelné deformace betonu α_bt;
• relativní dotvarování betonu ε_sg (nebo odpovídající charakteristika tečení φ_b,cr míra dotvarování C_b,cr;
• relativní smršťovací deformace betonu ε_shr.

Standardní hodnoty deformačních charakteristik betonu by měly být stanoveny v závislosti na typu betonu, třídě betonu z hlediska pevnosti v tlaku, jakosti betonu z hlediska průměrné hustoty, jakož i v závislosti na technologických parametrech betonu, pokud jsou známy (složení a vlastnosti betonové směsi, způsoby tvrdnutí betonu a další parametry).

Jako zobecněnou charakteristiku mechanických vlastností betonu ve stavu jednoosého napětí je třeba vzít standardní diagram stavu (deformace) betonu, který stanoví vztah mezi napětími σ _{b, n} (σ_{bt, n}) a podélné relativní deformace ε_{b, n} (ε_{bt, n}) stlačený (tahový) beton při krátkodobém působení jednorázového zatížení (podle standardních zkoušek) až na jejich normové hodnoty.

Hlavními návrhovými pevnostními charakteristikami betonu použitými ve výpočtu jsou návrhové hodnoty odolnosti betonu:

Vypočtené hodnoty pevnostních charakteristik betonu by měly být stanoveny vydělením standardních hodnot odolnosti betonu proti osovému tlaku a tahu odpovídajícími součiniteli bezpečnosti pro beton v tlaku a tahu.

Hodnoty koeficientů bezpečnosti by měly být brány v závislosti na typu betonu, konstrukčních vlastnostech betonu, uvažovaném mezním stavu, ale ne méně než:

• pro bezpečnostní faktor pro beton v tlaku:

1. 1.3 – pro mezní stavy první skupiny;
2. 1.0 – pro mezní stavy druhé skupiny;

• pro součinitel bezpečnosti pro beton v tahu:

1. 1,5 – pro mezní stavy první skupiny při přiřazení třídy betonu z hlediska pevnosti v tlaku;
2. 1.3 – totéž, při přiřazení třídy betonu pro axiální pevnost v tahu;
3. 1.0 – pro mezní stavy druhé skupiny.

Vypočtené hodnoty hlavních deformačních charakteristik betonu pro mezní stavy první a druhé skupiny by měly být brány jako rovné jejich standardním hodnotám.

Vliv charakteru zatížení, prostředí, napjatého stavu betonu, konstrukčních vlastností prvku a dalších faktorů, které se přímo neodrážejí ve výpočtech, by měl být zohledněn ve vypočtených pevnostních a deformačních charakteristikách betonu pomocí koeficientů konkrétních provozních podmínek γ_bi.

Návrhové diagramy stavu (deformace) betonu by měly být určeny nahrazením standardních hodnot parametrů diagramu jejich odpovídajícími návrhovými hodnotami.

Hodnoty pevnostních charakteristik betonu v rovinném (biaxiálním) nebo objemovém (triaxiálním) stavu napětí by měly být stanoveny s přihlédnutím k typu a třídě betonu z kritéria vyjadřujícího vztah mezi mezními hodnotami působících napětí. ve dvou nebo třech vzájemně kolmých směrech.

Deformace betonu by měly být určeny s ohledem na rovinné nebo objemové stavy napětí.

Charakteristiky betonové matrice v rozptýlených vyztužených konstrukcích by měly být brány jako u betonových a železobetonových konstrukcí.

Charakteristiky vláknobetonu ve vláknobetonových konstrukcích by měly být stanoveny v závislosti na vlastnostech betonu, relativním obsahu, tvaru, velikosti a umístění vláken v betonu, jeho přilnavosti k betonu a fyzikálních a mechanických vlastnostech, jakož i na v závislosti na rozměrech prvku nebo konstrukce.

Hlavními ukazateli pevnosti a deformovatelnosti výztuže jsou standardní hodnoty jejich pevnostních a deformačních charakteristik.

Hlavní pevnostní charakteristikou výztuže v tahu (tlaku) je standardní hodnota odporu R_s,n, rovnající se hodnotě fyzické meze kluzu nebo podmíněné, odpovídající zbytkové tažnosti (zkrácení) rovné 0,2 %. Kromě toho jsou standardní hodnoty odolnosti výztuže v tlaku omezeny na hodnoty odpovídající deformacím, které se rovnají maximálním relativním zkracovacím deformacím betonu obklopujícího příslušnou stlačenou výztuž.

Hlavní deformační charakteristiky výztuže jsou standardní hodnoty:

• relativní deformace prodloužení výztuže ε_s0,n když napětí dosáhne standardních hodnot R_s,n;
• modul pružnosti výztuže E_s,n.

Pro výztuž s fyzikální mezí kluzu standardní hodnoty relativního přetvoření výztuže ε_s0,n jsou definovány jako elastické relativní deformace při standardních hodnotách odporu výztuže a jejího modulu pružnosti.

Pro výztuž s podmíněnou mezí kluzu standardní hodnoty relativního přetvoření výztuže ε_s0,n určeno jako součet zbytkového prodloužení výztuže rovné 0,2 % a elastických relativních deformací při napětí rovném podmíněné meze kluzu.

Pro tlačenou výztuž se standardní hodnoty poměrného zkracovacího přetvoření berou jako stejné jako u tahu, s výjimkou speciálně specifikovaných případů, ale ne větší než maximální poměrné zkracovací přetvoření betonu.

Předpokládá se, že standardní hodnoty modulu pružnosti výztuže v tlaku a tahu jsou stejné a jsou stanoveny pro odpovídající typy a třídy výztuže.

Jako zobecněnou charakteristiku mechanických vlastností výztuže je třeba vzít standardní diagram stavu (deformace) výztuže, který stanoví vztah mezi napětími σ_s,n a relativní deformace ε_s,n vyztužení při krátkodobém působení jednorázového zatížení (podle standardních zkoušek), dokud nejsou dosaženy jejich stanovené normové hodnoty.

Předpokládá se, že stavové diagramy výztuže v tahu a tlaku jsou stejné, s výjimkou případů, kdy je uvažován provoz výztuže, ve kterých dříve docházelo k nepružným deformacím opačného znaménka.

Charakter diagramu stavu výztuže je určen v závislosti na typu výztuže.

Vypočítané hodnoty odporu výztuže R_s určí se vydělením standardních hodnot odolnosti výztuže koeficientem spolehlivosti výztuže.

Hodnoty součinitele spolehlivosti by měly být brány v závislosti na třídě výztuže a uvažovaném mezním stavu, ale ne méně než:

• při výpočtu pomocí mezních stavů první skupiny – 1,1;
• při výpočtu pomocí mezních stavů druhé skupiny – 1,0.

Vypočítané hodnoty modulu pružnosti výztuže E_s jsou brány jako rovné jejich standardním hodnotám.

Vliv charakteru zatížení, prostředí, napjatého stavu výztuže, technologických faktorů a dalších provozních podmínek nepromítnutých přímo do výpočtů by měl být zohledněn ve výpočtových pevnostních a deformačních charakteristikách výztuže součiniteli výztuže. provozní podmínky výztuže γ_si.

Návrhové diagramy stavu výztuže by měly být určeny nahrazením standardních hodnot parametrů diagramu jejich odpovídajícími návrhovými hodnotami.