Wpływ Wilgotności na Wytrzymałość Betonu na Ściskanie: Wyniki Badań
- Szczegóły
Wytrzymałość betonu na ściskanie to fundamentalny aspekt w inżynierii budowlanej, który decyduje o stabilności i trwałości konstrukcji. Znajomość wytrzymałości na ściskanie jest niezbędna podczas projektowania konstrukcji oraz kontroli jakości wykonawstwa.
Podstawową własnością mechaniczną betonu jest wytrzymałość na ściskanie. Inne właściwości betonu, takie jak wytrzymałość na rozciąganie czy docisk, rozpatrywane są przeważnie jako funkcje tej wytrzymałości.
Wytrzymałość betonu na ściskanie to podstawowy wskaźnik, który określa zdolność betonu do przenoszenia obciążeń działających w kierunku ściskającym. W praktyce wynik badania wytrzymałości betonu na ściskanie to wartość średnia z kilku próbek (przeważnie minimum 3).
W Polsce i na terenie UE wytrzymałość betonu klasyfikuje się zgodnie z normą PN-EN 206 oraz wytycznymi Eurokodu 2 (PN-EN 1992). Klasy betonu oznacza się symbolem „C” z dwoma liczbami, np. C20/25, gdzie pierwsza liczba oznacza wytrzymałość charakterystyczną na ściskanie dla próbek walcowych, a druga dla próbek sześciennych.
Czynniki Wpływające na Wytrzymałość Betonu
- Cement: jego rodzaj i jakość (np. CEM I, CEM II, CEM III) mają kluczowy wpływ.
- Woda: stosunek wody do cementu (w/c) jest jednym z najważniejszych parametrów.
- Domieszki i dodatki: np. superplastyfikatory, popioły lotne, krzemionka pyłowa.
Z mojego doświadczenia wynika, że kontrola jakości cementu i kruszywa to podstawa. Proces wykonawczy ma decydujące znaczenie.
Przeczytaj także: DataFrame i Pandas: Filtracja
Wpływ Wilgotności na Wytrzymałość Betonu
Największy wpływ na wytrzymałość betonu ma przede wszystkim wilgotność środowiska, w jakim beton dojrzewa. Warunki dojrzewania - wpływ wilgotności na dojrzewanie - wilgotność środowiska, w którym beton dojrzewa, ma kluczowe znaczenie dla jego wytrzymałości. W środowisku wilgotnym wytrzymałość stopniowo wzrasta, osiągając nawet dwukrotność wartości po 28 dniach. W środowisku suchym wzrost ten wynosi ok.
Tak jak nagle wysuszenie próbek mokrych powoduje okresowo znaczny wzrost wytrzymałości betonu na ściskanie, włożenie próbek suchych do wody powoduje nagłe obniżenie tej wytrzymałości.
Decydującą rolę odgrywa tu spadek energii sieciowej kamienia cementowego w wyniku oddalenia od siebie jonów kryształów i koloidów.
Omawiany spadek wytrzymałości osiąga duże wartości, rzędu 35%, przy czym z biegiem czasu, w wyniku tworzenia się nowych produktów hydratacji, beton szybko osiąga, a później przekracza pierwotną wytrzymałość.
Wzrost wytrzymałości na ściskanie spowodowany nagłym wysuszeniem kamienia cementowego jest czasem bardzo duży; np. L. Chasscvent stwierdził dla zaprawy cementowej 1 : 1, że wyparowanie z porów wilgoci, znajdującej się w zaprawie w ilości 25% ciężaru suchego cementu, spowodowało wzrost Rc z 460 do 850 kG/em-.
Przeczytaj także: Matlab i filtracja danych: Poradnik eksperta
Efekt nagłego wysuszenia betonuWytrzymałość betonu wyjętego z wody po 3 dniach i przechowywanego w suszarce, w której wilgoć pochłaniał chlorek wapniowy, po wyschnięciu próbek prawie się nie powiększała (krzywa 2).
Krzywa 3 wskazuje jednak na to, że po ponownym włożeniu próbek do wody i krótkotrwałym obniżeniu się wytrzymałości nastąpił z biegiem czasu wyraźny wzrost wytrzymałości betonu, tak że trwały spadek wytrzymałości po 1000 dniach tężenia nie przekraczał wartości 5%.
Wyniki powyższe, z których wynika, że ze wzrostem wilgotności U próbki jej wytrzymałość na ściskanie maleje, w przybliżeniu liniowo. Spadek wytrzymałości próbki całkowicie wysuszonej po ponownym pełnym nasyceniu jej wodą dochodzi tutaj do 37,0% dla zaprawy tłustej i 30,8°/o dla zaprawy chudej, co - jak już wcześniej wykazano - spowodowane jest spadkiem energii sieciowej kamienia cementowego.
Z badań W. Nowary można wyciągnąć wniosek praktyczny, że wyniki wytrzymałościowe po kombinowanej pielęgnacji wodno-powietrznej betonu będą ściśle zależne od wilgotności powietrza. Przy dużej wilgotności powietrza, wilgotność próbki betonowej ustali się na wysokim poziomie i przyrost jej wytrzymałości na ściskanie, spowodowany utratą wyparowanej wody, będzie niewielki. Przeciwnie, przy niskiej wilgotności powietrza przyrost ten może osiągnąć duże wartości.
Betony i zaprawy chude, o wysokim wskaźniku wodocementowym, mają znaczny nadmiar wody, który obniża energię sieciową tworzącego się kamienia cementowego. W tym przypadku przyrost energii sieciowej może być przy pielęgnacji wodnej mniejszy niż przy pielęgnacji w środowisku powietrznym określonym stopniu wilgotności.
Przeczytaj także: Implementacja filtracji średniej kroczącej
Metody Badania Wytrzymałości Betonu
Próbki po 28 dniach od chwili ich wykonania bada się w specjalnych maszynach wytrzymałościowych. Badania wytrzymałości betonu na ściskanie wykonuje się za pomocą prasy (metoda niszcząca) lub młotka Schmidta (metoda nieniszcząca). Badanie wytrzymałości wykonuje się metodą niszczącą, w której badana próbka zostaje zmiażdżona. Wynikiem badania jest wartość siły, przy której beton został zniszczony.
W przypadku metody nieniszczącej (młotkiem Schmidta) bada się powierzchniową twardość betonu. Wytrzymałość na ściskanie badaną na próbkach sześciennych oznacza się symbolem fc,cube, natomiast próbek walcowych fc,cyl. Na podstawie wykonanych badań można ocenić klasę betonu.
Standardowe próby wykonuje się po 28 dniach dojrzewania betonu w kontrolowanych warunkach. W mojej praktyce spotkałem się z sytuacjami, gdzie niedokładne przygotowanie próbek prowadziło do zaniżonych wyników.
Coraz częściej stosowane są metody nieniszczące, które pozwalają ocenić wytrzymałość betonu bez konieczności niszczenia próbek. Badanie sklerometryczne (metoda Schmidta) to nieniszcząca, szybka i in situ metoda oceny wytrzymałości betonu na ściskanie oraz jego twardości powierzchniowej.
Wilgotność oraz wiek betonu bezpośrednio wpływają na liczbę odbicia, co rzutuje na wynik badania młotkiem Schmidta. Poznaj zasady korekty pomiarów, które pozwolą Ci na precyzyjną ocenę wytrzymałości konstrukcji bez niszczenia jej struktury.
Stan wilgotnościowy powierzchni betonu ma fundamentalny wpływ na uzyskiwane wyniki. Woda zalegająca w porach kapilarnych betonu działa jak swoisty "amortyzator". Pomiary najlepiej wykonywać na powierzchniach powietrzno-suchych.
Wiek betonu jest drugim, zaraz po wilgotności, czynnikiem determinującym błąd pomiarowy. Wraz z upływem lat, dwutlenek węgla z atmosfery wnika w głąb struktury betonu, reagując z wodorotlenkiem wapnia. Efektem tej reakcji jest powstanie węglanu wapnia, który znacząco utwardza warstwę przypowierzchniową (tzw. otulinę).
Wytrzymałość betonu na ściskanie jest zależna od wielkości i kształtu badanej próbki. Badania dowodzą, że wraz ze wzrostem wymiarów próbki zmniejsza się jej średnia wytrzymałość na ściskanie.
Badania Wytrzymałościowe Odwiertów Rdzeniowych
Dla istniejących konstrukcji pobiera się rdzenie i koryguje wyniki względem norm (np. EN 13791) - metoda ta wymaga uwzględnienia lokalnych warunków, orientacji rdzeni i korekt statystycznych przy ocenie wytrzymałości konstrukcji.
Badania wytrzymałościowe odwiertów rdzeniowych, pobieranych z istniejących konstrukcji, uważane są za wiarygodne źródło informacji o rzeczywistej jakości betonu.
Norma EN-13791:2007 wprowadza odrębne kryteria zgodności dla wytrzymałości betonu ocenianej na podstawie badań odwiertów rdzeniowych. Wyróżnia się dwa przypadki: gdy dysponujemy co najmniej 15 odwiertami (przypadek "A") lub gdy liczba odwiertów wynosi od 3 do 14 (przypadek "B").
Badania w Warunkach Przemysłowych
Do wykonania mieszanek betonowych użyto surowców z bieżącej produkcji Firmy OLBET. W okresie realizacji badań, Firma korzystała z cementów wyprodukowanych przez Grupę Górażdże: CEM I 42,5 R (z cementowni w Choruli) oraz CEM III/B 42,5 L (z przemiałowni EKOCEM w Dąbrowie Górniczej).
Na potrzeby niniejszej pracy w laboratorium Katedry Technologii Materiałów Budowlanych Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie wykonano badania powierzchni właściwej metodą Blaine’a (zgodnie z PN-EN 196-6:2011) oraz normowej wytrzymałości na ściskanie (zgodnie z PN-EN 196-1:2006) w/w cementów.
Wyniki badań przestawiono w Tabeli 18.
| Właściwość | CEM I 42,5 R | CEM III/B 42,5 L |
|---|---|---|
| Powierzchnia właściwa (metoda Blaine’a) | [Wartość] | [Wartość] |
| Wytrzymałość na ściskanie | [Wartość] | [Wartość] |
Do wyprodukowania mieszanek betonowych użyto grubego kruszywa otoczkowego o wymiarze ziaren 2/16 oraz piasku o wymiarze ziaren 0/2. Zgodnie z programem badań (Rysunek 11), aby przyjąć poprawne założenia do projektowania mieszanek betonowych wykonano badania w/w kruszyw.
Jako domieszkę modyfikującą konsystencję mieszanki betonowej użyto superplastyfikatora FM-150 Firmy ANDROIMPEX.
tags: #wpływ #wilgotności #na #wytrzymałość #betonu #na
