Embed Size (px)
Citation preview
BETON
Beton je kompozitní látka vznikající ztvrdnutím směsi jeho základních složek –
pojiva (nejčastěji cementu), plniva (kameniva – nejčastěji písku a štěrku) a
vody. Kromě těchto základních složek obsahuje v současnosti většina betonů
také přísady a příměsi.
Beton je vzhledově podobný umělému kameni (slepenci). Kromě
anorganických pojiv typu cementu mohou betony obsahovat také jiné typy pojiv
– asfalty (asfaltobetony) nebo polymery (polymerbetony).
První zmínky o použití „umělého kamene“ pocházejí ze starého Egypta z doby
okolo roku 3600 př. n.l., kde byl používán pro stavbu sloupů. Následně byl
beton využíván v antice, zejména v Římě. Příkladem je římský Pantheon (120
– 125 n.l.), který má kopuli z lehkého betonu o průměru 49m. Z této doby jsou
rovněž známy první pokusy o vyztužení betonu bronzovými a železnými
tyčemi při stavbě lázní Marca Aurelia. Dodnes se rovněž zachovaly zbytky
betonového akvaduktu u Kolína nad Rýnem (kdysi 80 km! dlouhého) a části
silnice Via Apia.
Samotný název beton údajně vznikl z francouzského „béton“ (hrubá malta) a
uvádí se, že byl zaveden francouzským inženýrem Belidorem v roce 1753.
Původ označení však může pocházet již z latiny (betunium = kamenná malta).
Další známé použití betonu po zániku Říma spadá až do doby let 1756 – 1759,
kdy v anglickém Edystonu použil stavitel Smeaton beton pro opravu majáku.
První kniha o betonu byla vydána v roce 1791. Všechny tyto betony však nebyly
betony v dnešním slova smyslu, jako pojiva bylo totiž používáno hydraulického
vápna, případně ve směsi s pucolány. Patent na portlandský cement byl udělen
až v r. 1824 byl zedníku J. Aspdinovi. Bouřlivý rozvoj betonového stavitelství
pak v Evropě nastává zhruba od druhé třetiny 19. století, v Čechách od
začátku 20. století.
Cementový beton představuje v současnosti nejrozšířenější a nejpoužívanější
stavební hmotu. Odhaduje se, že ve vyspělých zemích (Evropa, USA,
Japonsko) představuje beton asi 60% objemu všech vyráběných staviv.
Zásadní výhodou betonu je, že v úvodních fázích (krátce po rozmíchání pevných
fází s vodou) se jedná o tvárnou, plastickou hmotu, která je schopna přijmout
prakticky libovolný tvar a která je, po relativně krátké době, schopna
zatuhnout a zatvrdnout a tím si zachovat požadovaný tvar. Z tohoto pohledu
se rozlišují dva základní stavy betonu:
• čerstvý beton (dříve označovaný jako betonová směs) – beton
v plastickém stavu, který je schopen zhutnění a je v dostatečně dlouhé
době zpracovatelný,
• ztvrdlý beton – beton, který přešel z plastického stavu díky procesům
tuhnutí a tvrdnutí do stavu pevné látky s požadovanými mechanickými
vlastnostmi.
Pro beton je typická velmi dobrá pevnost v tlaku (v současnosti se dají běžně
průmyslově vyrobit betony s pevnostmi 100 – 150 MPa; laboratorně byly
získány kompozity o pevnostech až 300 – 500 MPa), ale současně i lomová
křehkost (pevnost v tahu dosahuje jen asi 8–10% pevnosti v tlaku). Z důvodu
křehkosti betonu a jeho nízké tahové pevnosti se beton vyztužuje, a to nejčastěji
ocelovými pruty s dostatečně vysokou pevností v tahu (železobeton, předpjatý
beton). V některých případech postačuje použití rozptýlené výztuže ve formě
vláken nebo drátků (vláknobeton, drátkobeton).
ZÁKLADNÍ SLOŽKY V TECHNOLOGII BETONU
Pro výrobu betonu se používá hlavně těchto složek:
• pojiv
� silikátových cementů (převážně portlandský nebo směsný
portlandský, popř. vysokopecní cement)
� ostatních cementů (zejména hlinitanových; tyto betony se
nesmějí používat pro konstrukční účely, využívají se např.
pro výrobu žárobetonů)
� ostatních anorganických pojiv (sádra, vápno, pucolánové a
latentně hydraulické látky)
� polymerů
� živic (asfaltů)
• plniv
� přírodního kameniva (těžené i drcené; drcené kamenivo
tvoří hrubé frakce, těžené kamenivo může být drobné i
hrubé; zrnitost kameniva odpovídá účelu použití betonu,
maximální zrno bývá zpravidla 16, 22 nebo 32mm);
kamenivo tvoří až 75 – 80% objemu betonu a jeho účelem je
vytvoření pevné kostry betonu)
� umělého kameniva (umělé hutné kamenivo - vysokopecní
struska, umělé lehké kamenivo - Liapor)
� recyklovaných surovin (kamenivo získané vypraním
čerstvého betonu např. při čištění bubnů autodomíchávačů,
v malé míře také recykláty, např. cihelná drť)
• příměsí a přísad
Příměsi jsou většinou jemné, práškovité látky, které se přidávají
v množství cca 5 – 40% z hmotnosti cementu. Příměsi zlepšují
technologické i mechanické vlastnosti betonu (zvyšují hutnost,
vodotěsnost i pevnost betonu, a to díky skutečnosti, že zpravidla
mají zrno menších rozměrů než cement). Jejich úkolem může být i
snížení množství cementu. Dají se rozdělit na:
� inertní (kamenná moučka, filer)
� aktivní (popílky, jemně mletá granulovaná vysokopecní
struska, mikrosilika, metakaolín)
Přísady jsou chemické látky používané za účelem modifikace
vlastností čerstvého nebo ztvrdlého betonu. Nejčastěji se používají
ve stavu kapalném, mohou být i práškové. Podle hlavního nebo
převažujícího účinku působení se přísady dají rozdělit na:
� plastifikační (redukující vodu)
� superplastifikační (dříve ztekucující; velmi redukující vodu)
� provzdušňující (zvyšující objem pórů a tím pádem i
mrazuvzdornost)
� stabilizační (zadržující vodu)
� zpomalující tuhnutí (např. na bázi sacharózy)
� urychlující tuhnutí a tvrdnutí
� hydrofobizační (odpuzující vodu)
� ostatní (odpěňovací, protikorozní, biocidní, protizmrazovací)
• vody
Voda pro výrobu betonu a betonových výrobků se dá rozdělit do
dvou základních skupin:
� voda záměsová, která je základní složkou betonu a
v čerstvém betonu plní dvě funkce – hydratační a
reologickou
� voda ošetřovací, která je nezbytná pro pokračování procesů
hydratace a tvrdnutí betonu
Záměsová voda je potřebná k vytvoření dobře zpracovatelné,
plastické směsi a k hydrataci cementu. Pro samotný hydratační
proces je potřeba přibližně 23% vody z hmotnosti cementu.
Množství vody v betonu se vyjadřuje tzv. vodním součinitelem,
což je poměr množství vody k množství cementu.
ROZDĚLENÍ (KLASIFIKACE) BETONU
1. podle stupně vlivu prostředí (= expoziční třídy) – ČSN EN 206-1
• beton v prostředí bez nebezpečí koroze nebo narušení
(označení X0)
• beton v prostředí s vlivem karbonatace (označení XC1 – XC4)
• beton v prostředí s nebezpečím koroze vlivem chloridů
(chloridy v podzemní nebo povrchové vodě, případně vliv
rozmrazovacích solí – označení XD1–XD3; chloridy z mořské
vody – označení XS1–XS3)
• beton v prostředí se střídavým působením kladných a
záporných teplot (mráz a rozmrazování), případně také
rozmrazovacích prostředků (označení XF1 – XF4)
• beton v prostředí s chemickými vlivy (XA1 – XA3)
Tab.1. Informativní požadavky na složení a vlastnosti betonu podle ČSN EN 206-1
Stupeň agresivity
Maximální w (w/c)
Minimální mc [kg.m-3]
Minimální třída
pevnosti
Minimální Vz [%]
Další požadavky
X0 - - C 12/15 -
XC1 0,65 260 C 20/25 -
XC2 0,60 280 C 25/30 -
XC3 0,55 280 C 30/37 -
XC4 0,50 300 C 30/37 -
XS1 0,50 300 C 30/37 -
XS2 0,45 320 C 35/45 -
XS3 0,45 340 C 35/45 -
XD1 0,55 300 C 30/37 -
XD2 0,55 300 C 30/37 -
XD3 0,45 320 C 35/45 -
XF1 0,55 300 C 30/37 -
XF2 0,55 300 C 25/30 4,0
XF3 0,50 320 C 30/37 4,0
XF4 0,45 340 C 30/37 4,0
mrazuvzdorné kamenivo
Tab.1. - pokračování XA1 0,55 300 C 30/37 -
XA2 0,50 320 C 35/45 -
XA3 0,45 360 C 35/45 - síranovzdorný
cement
2. podle objemové hmotnosti (zpravidla závisí na použitém kamenivu)
• lehký (do 2000 kg.m-3)
• obyčejný (2000 – 2800 kg.m-3)
• těžký (nad 2800 kg.m-3, zpravidla do 4500 kg.m-3 )
3. podle konzistence čerstvého betonu (označení konkrétního stupně
konzistence souvisí s metodou stanovení konzistence)
• velmi tuhý
• tuhý
• měkký
• velmi měkký
• tekutý
4. podle pevnosti – ČSN EN 206-1
• pro obyčejný a těžký beton se používá rozdělení do
pevnostních tříd s označením C 8/10 – C100/115
• pro lehký beton se používá rozdělení do pevnostních tříd
s označením LC 8/9 – LC 80/88
5. podle způsobu (technologie) výroby
• beton vyráběný přímo na staveništi (pro vlastní zpracování)
• transportbeton (je dodávaný v čerstvém stavu z centrální
výrobny nebo je vyroben na staveništi pro potřebu
zpracovatele jiným subjektem)
6. podle způsobu a místa uložení do konstrukce
• monolitický (čerstvý beton je ukládán do bednění, kde se
zhutní, zatuhne, zatvrdne, ošetřuje se a po vhodné době se
odbední),
• prefabrikovaný (konstrukční prvek je vyráběn ve výrobně
nebo přímo na staveništi, odformován, uložen na skládce
k dozrávání, ošetřován a následně dopraven na stavbu a
uložen do konstrukce)
7. podle způsobu vyztužení
• prostý (neobsahuje výztuž se statickou funkcí)
• železobeton (vytužený ocelovými pruty nebo svařovanými
sítěmi)
• předpjatý beton (ocelová výztuž ve formě tenkých drátů,
resp. strun je v betonu buď předem nebo dodatečně
napnuta)
• beton s rozptýlenou výztuží (buď ve formě skleněných,
polypropylenových nebo uhlíkových vláken – vláknobeton
nebo jako ocelové drátky – drátkobeton)
8. podle účelu použití (funkce)
• tepelně izolační
• konstrukční (plní statické požadavky)
• výplňový (nenosný)
9. podle zvláštních požadavků na funkci nebo speciálních vlastností
• vodostavební (nepropustný pro vodu, používaný pro vodní
díla, úpravny a čistírny vod, vodojemy, tzv. bílé vany)
• silniční (s vyšší pevností v tahu ohybem, musí být
mrazuvzdorný a odolávat účinkům rozmrazovacích solí)
• provzdušněný (odolávající působení mrazu a
rozmrazovacích solí)
• lehký (nízké objemové hmotnosti se dosahuje buď použitím
lehkého kameniva nebo jde o tzv. přímo lehčené betony, u
nichž se vylehčení dosahuje vytvořením pórů – pórobetony
a pěnobetony). Pórobetony (dříve označované jako
plynosilikáty) se vyrábějí pomocí autoklávování a slouží
především pro výrobu tvárnic (např. YTONG)
• těžký (s těžkým kamenivem, slouží jako ochrana proti
RTG-záření)
• pohledový (plní estetickou funkci)
• vysokohodnotný (HPC) a vysokopevnostní (HPC) –
vyznačují se vysokou hutností cementového tmele,
odolností vůči mrazu a agresivním látkám a vykazují
pevnost nad 65 MPa
• samozhutnitelý (SCC) – s tekutou konzistencí, které je
docílenou vysokým obsahem jemných částic (odpadá
potřeba zhutňování)
ZKOUŠENÍ ČERSTVÉHO A ZTVRDLÉHO BETONU
1. OBJEMOVÁ HMOTNOST
Podstata zkoušky - Čerstvý beton je zhutněn v tuhé vodotěsné nádobě známého objemu a
hmotnosti a následně je zvážen.
Zkušební zařízení - nádoba - rozměr nádoby nesmí být menší než 150 mm, - vibrační stůl, - lopatka, - váhy, - hladítko.
Zkušební postup • Hmotnost nádoby
- Nádoba se zváží m1. • Zhutňování betonu - vibrování (na vibračním stole)
- Nádoba se musí k vibračnímu stolu pevně přitlačit. Doba vibrace nesmí být příliš dlouhá, aby nedošlo k rozmísení směsi.
• Urovnání povrchu
- Povrch se urovná ocelovým hladítkem. • Vážení
- Naplněná nádoba se zváží, aby se zjistila její hmotnost m2. Výpočet objemové hmotnosti
- Objemová hmotnost se vypočítá dle vztahu: V
mmD 12 −= ,
kde: D je objemová hmotnost čerstvého betonu [kg/m3], m1 je hmotnost prázdné nádoby [kg], m2 je hmotnost naplněné nádoby [kg], V je objem nádoby [m3].
- Objemová hmotnost čerstvého betonu se zaokrouhlí na nejbližších 10 kg/m3.
2. ZKOUŠKA SEDNUTÍM
Podmínky použití zkoušky - Vhodné použít pro beton, ve kterém je max. zrno kameniva menší jak 40
mm. - Jestliže zkouška konzistence betonu není v rozmezí 10 mm až 200 mm,
považujeme ji za nevhodnou a použijeme jinou zkoušku konzistence.
Zkušební zařízení - propichovací tyč, násypka, podkladní deska, lopatka, - nádoba: průměr dolní základny (200±2) mm, průměr horní základny
(100±2) mm, výška (300±2) mm, tloušťka stěny nádoby 1,5 mm.
Zkušební postup - Forma i s podkladní deskou se navlhčí a forma se položí na vodorovnou
podkladní desku. Forma musí být během plnění přichycená k podkladní desce přišlápnutím dvou příložek.
- Nádoba se plní ve třech vrstvách, každá do třetiny výšky kužele. Každá vrstva (1, 2 a 3) se zhutňuje 25 vpichy propichovací tyčí tak, aby mírně zasahovaly do předchozí vrstvy (u 2 a 3 vrstva).
- Jestliže po zhutnění beton nedosáhl k hornímu okraji pak musíme přidat betonovou směs až po horní okraj. Přebytečný beton se odstraní otáčením a příčným pohybem propichovací tyče.
- Odstraní se spadlý beton z podkladní desky. Forma se oddělí od betonu během 5 až 10 s.
- Ihned po zvednutí se změří sednutí h (S). Výsledek zkoušky
- Výsledek zkoušky je platný v případě, že beton zůstane neporušený a kužel je symetrický (obr. 1).
- Jestliže se vzorek usmykne zkouška se opakuje s jiným vzorkem (obr. 2). - Jestliže i u následné zkoušky dojde k usmyknutí, pak má beton
nedostatečnou plasticitu a je nevhodný pro zkoušku sednutím. - Zaznamená se sednutí h (S), zaokrouhleno na 10 mm (obr. 3).
Klasifikace podle sednutí kužele
Tab.2. Klasifikace podle sednutí kužele; S - Slumptest
Stupeň Sednutí [mm] S1 - směs tuhá 10 až 40 S2 - směs plastická 50 až 90 S3 - směs měkká 100 až 150 S4 - směs velmi měkká 160 až 210 S5 - směs tekutá ≥220
Obr. 1. Tvary sednutí Obr. 2. Tvary sednutí Obr. 3. Měření sednutí
(správné sednutí) (usmyknuté sednutí)
3. ZKOUŠKA VEBE
Podmínky použití zkoušky - Vhodné použít pro beton, ve kterém je max. zrno kameniva menší jak 63
mm.
- Jestliže změřený čas při zkoušce Vebe je kratší než 5 s nebo delší než 30 s, pak tato zkouška není vhodná.
Zkušební zařízení
- přístroj Vebe (obr. 4), kruhová deska - průhledná, vibrační stůl, stopky, propichovací tyč,
- forma: průměr dolní základny (200±2) mm, průměr horní základny (100±2) mm, výška (300±2) mm, tloušťka základny a stěn 1,5 mm.
Zkušební postup
- Přístroj se umístí na tuhý vodorovný podklad, nádoba musí být pevně přichycena k vibračnímu stolu pomocí křídlových matic. Forma se navlhčí a vloží do nádoby.
- Forma se plní betonovou směsí ve třech vrstvách. Každá vrstva se zhutní 25 vpichy propichovací ocelovou tyčí. Beton se zhutňuje na celou výšku první vrstvy. Druhá a vrchní vrstva je zhutněna tak, aby vpichy zasahovaly jen částečně do spodní vrstvy.
- Beton horní vrstvy se zarovná pomocí propichovací tyče. Forma se opatrně oddělí od betonu.
- Jestliže se beton usmykne (obr. 5.), rozlije (obr. 6.), nebo se nedotýká stěn nádoby (obr. 7.) je nutno tuto skutečnost zaznamenat.
- Průhledná kruhová deska se natočí nad beton, uvolní se šroub a deska se spustí na beton.
- Nastane sednutí, průhledná kruhová destička se zajistí a na měřítku vodící tyče se odečte hodnota sednutí. Následným uvolněním šroubu je umožněno klesání desky na beton.
- Spustí se vibrace stolku a současně se měří doba, za kterou betonová směs vyplní celou plochu kruhové desky.
Výsledek zkoušky
- Změřená doba se zaokrouhlí na 1 sekundu.
Klasifikace podle Vebe
Tab. 3. Klasifikace podle Vebe; V - Vebe test
Stupeň Vebe čas [mm] V0 - směs velmi tuhá ≥ 31 V1 - směs tuhá 30 až 21 V2 - směs plastická 20 až 11 V3 - směs měkká 10 až 6 V4 - směs velmi měkká 5 až 3
Obr. 4. Konzistometr (přístroj Vebe)
a) poloha při plnění b) poloha při sednutí
Obr. 5. Tvar sednutí Obr. 6. Tvar sednutí Obr. 7. Tvar sednutí
(správné sednutí) (usmyknuté sednutí) (rozlité sednutí)
4. STUPEŇ ZHUTNITELNOSTI
Podmínky použití zkoušky - Vhodné použít pro beton, ve kterém je max. zrno kameniva menší jak 63
mm. - Jestliže stupeň zhutnitelnosti je menší než 1,04 a větší než 1,46 - tato
zkouška není vhodná.
Zkušební zařízení
- zednická lžíce, srovnávací lišta - delší než 200 mm, vibrační stůl, - nádoba: základna (200±2) mmx(200±2) mm, výška (400±2) mm, tloušťka
základny a stěn 1,5 mm.
Zkušební postup - Nádoba se vyčistí a navlhčí. - Nádoba se naplní bez zhutňování. Po naplnění nádoby se odstraní
přebytečný beton nad horními hranami pomocí srovnávací lišty, bez hutnění.
- Beton se zhutní spuštěním vibračního stolu, dokud není patrné zmenšení objemu. Během hutnění musíme zabránit ztrátě betonu.
- Po zhutnění se stanoví hodnota s, to znamená průměrná hodnota mezi horní hranou formy a povrchem zhutněného betonu, s přesností na 1 mm. Tato průměrná hodnota se stanoví ze čtyř vzdáleností změřených uprostřed každé strany nádoby.
Vyjádření výsledků
- Stupeň zhutnitelnosti c (C) je dán vztahem: sh
hc
−=
1
1 ,
kde: h1 je vnitřní výška nádoby v [mm], s je průměrná hodnota ze čtyř změřených vzdáleností mezi
horní hranou formy a povrchem zhutněného betonu, zaokrouhlená na milimetry.
- Výsledek zkoušky se zaznamená na dvě desetinná místa.
Klasifikace podle zhutnitelnosti
Tab. 4. Klasifikace podle zhutnitelnosti; C - Compaction test
Stupeň Stupeň
zhutnitelnosti C0 - směs velmi tuhá ≥ 1,46 C1 - směs tuhá 1,45 až 1,26 C2 - směs plastická 1,25 až 1,11 C3 - směs měkká 1,10 až 1,04
Obr. 8. Beton v nádobě před zhutněním
a po zhutnění
5. ZKOUŠKA ROZLITÍM
Podmínky použití zkoušky - Vhodné použít pro beton, ve kterém je max. zrno kameniva menší jak 63
mm.
Zkušební zařízení - setřásací stolek (obr. 9.), dusadlo (obr. 10.), pravítko, lopatka, stopky, - forma (obr. 11.): průměr dolní základny (200±2) mm, průměr horní
základny (130±2) mm, výška (200±2) mm, tloušťka stěn 1,5 mm.
Zkušební postup - Před zkoušením se stolek i forma navlhčí. - Forma se umístí na střed horní desky a udržuje se v této poloze
přišlápnutím. - Forma se naplní ve dvou vrstvách, které se zhutní deseti rázy dřevěným
dusadlem. Horní povrch se zarovná s okrajem formy, a forma se zvedne. - Horní deska střásacího stolku se zvedne a nechá se volně padat. Tento
postup se provede 15 krát. Pravítkem se změří největší rozměr rozlitého betonu ve dvou na sebe kolmých směrech d1 a d2 (obr. 12.).
- Obě měření se zaokrouhlí na nejbližších 10 mm. - Pokud se objeví segregace (oddělení cementové kaše od hrubého
kameniva) zkouška je neplatná. Výsledek zkoušek
- Stanoví se rozlití ( )
221 dd +
a zaokrouhlí na nejbližších 10 mm.
Klasifikace podle rozlití
Tab. 5. Klasifikace podle rozlití;F - Flowtest
Stupeň Průměr rozlití [mm]
F1 - směs tuhá ≤ 340 F2 - směs plastická 350 až 410 F3 - směs měkká 420 až 480 F4 - směs velmi měkká 490 až 550 F5 - směs tekutá 560 až 620 F6 - směs velmi tekutá ≥ 630
Obr. 9. Střásací stolek Legenda: 1) kovový povrch, 2) omezení zdvihu na (40±1)mm, 3) horní zarážka, 4) horní deska, 5) vnější závěsy, 6) vyznačení, 7) rám podkladní desky, 8) držadlo na zvedání, 9) spodní zarážka, 10) deska na přišlápnutí.
Obr. 10. Dusadlo Obr. 11. Forma Obr. 12. Měření rozlití
6. OBJEMOVÁ HMOTNOST ZTVRDLÉHO BETONU
Zkušební zařízení - váhy, nádoba s vodou, posuvné měřítko, sušárna.
Zkušební postup Stanovení hmotnosti (3 způsoby):
- Jak bylo dodáno - zváží se těleso mr [kg] s přesností na 0,1 % hmotnosti tělesa.
- Nasyceno vodou - těleso se ponoří do vody na 24 hodin do ustálené hmotnosti. Před vážením se otře povrch tělesa a zváží se ms [kg].
- Vysušeno v sušárně - těleso se suší v sušárně do ustálené hmotnosti. Před vážením se nechá těleso vychladnout v exsikátoru a zváží se mo [kg].
Stanovení objemu (3 způsoby): - Ponoření do vody (referenční metoda) - těleso je nasyceno vodou.
- Hmotnost ve vodě - Nádoba s vodou se zvedne tak, aby byl třmen bez zkušebního tělesa ponořen ve vodě. Zaznamená se hmotnost ponořeného třmenu mst [kg]. Zkušební těleso se uchytí do třmenu a nádoba s vodou se zvedne tak, aby těleso bylo ponořeno do vody. Zaznamená se hmotnost ponořeného tělesa a třmenu mst + mw [kg] (obr. 13, obr. 14).
Obr. 13. Třmen zavěšen pod váhou Obr. 14. Alternativní způsob,
když je třmen zavěšen nad
váhou
1) váhy; 2) třmen; 3) betonové zkušební těleso; 4) vodítko; 5) svislý pohyb nádoby s vodou; 6) boční pohled na třmen
- Hmotnost na vzduchu - těleso se vyjme ze třmenu a z povrchu se otře
voda vlhkým hadrem. Těleso se zváží a zaznamená se hmotnost ma [kg].
- Výpočet objemu zkušebního tělesa se vypočítá: ( )[ ]
w
stwsta mmmmV
ρ
−+−= ,
kde: V je objem zkušebního tělesa [m3], ma je hmotnost zkušebního tělesa na vzduchu [kg], mst je zjištěná hmotnost ponořeného třmenu [kg], mw je zjištěná hmotnost ponořeného tělesa [kg], ρw je hustota vody při 20 oC [kg/m3].
- Výpočtem ze změřených skutečných rozměrů - Zkušební tělesa jsou změřeny v m3 a zaokrouhleny na čtyři významné číslice.
- Při použití krychlí, výpočtem z kontrolovaných zvolených rozměrů - Zkontroluje se zda byla krychle zhotovena v kalibrované formě a vypočítá se objem krychle v m3 a zaokrouhlí se na tři významné číslice.
Výsledek zkoušky
- Objemová hmotnost se vypočítá dle vztahu: V
mD = ,
kde: D je objemová hmotnost ztvrdlého betonu [kg/m3], m je hmotnost zkušebního tělesa [kg], V je objem nádoby [m3].
- Objemová hmotnost ztvrdlého betonu se zaokrouhlí na nejbližších 10 kg/m3.
7. PEVNOST V TLAKU ZKUŠEBNÍCH TĚLES
Podstata zkoušky - Zkušební tělesa jsou zatěžována až do porušení ve zkušebním lisu.
Zkušební zařízení - Zkušební lis.
Zkušební tělesa
- Zkušební těleso musí být krychle (150x150x150), - Válec (h =300, ∅ 150), - Vývrt (b - průměr, h - výška; b=2.h, b - je 3,5 násobek největšího zrna
kameniva v betonu). Zkušební postup Příprava a usazení zkušebních těles
- Z povrchu tělesa se setře voda před jejich vložením do zkušebního lisu. - Očistí se dotykové plochy tlačených desek lisu a odstraní se všechny
zbytky písku nebo jiného uvolněného materiálu z povrchu zkoušeného tělesa na plochách, které budou v dotyku s tlačenými deskami lisu.
- Krychle se osadí tak, aby směr zatěžování byl kolmý na směr plnění. - Krychle se umístí do středu tlačených desek.
Zatěžování - Nastaví se konstantní rychlost zatěžování od 0,2 MPa/s (N/mm2/s).
Zatěžuje se plynule, bez nárazu.
- Zaznamená se dosazené maximální zatížení. Posouzení způsobu porušení
- Příklady porušení těles, jsou uvedené na Obr.15. pro krychle a na Obr.16. pro válce, ukazují vyhovující způsoby porušení.
- Příklady nevyhovujících způsobů porušení zkušebních těles jsou uvedeny na Obr. 17. pro krychle a na Obr.18. pro válce.
Obr. 15. Vyhovující způsoby porušení zkušebních krychlí
Obr. 16. Vyhovující způsoby porušení zkušebních válců
Obr. 17. Některé nevyhovující způsoby porušení zkušebních krychlí
Obr. 18. Některé nevyhovující způsoby porušení zkušebních válců
Vyjádření výsledků
- Pevnost v tlaku je dána následujícím vztahem: c
c A
Ff = ,
kde: fc je pevnost v tlaku [MPa; N/mm2], F je maximální zatížení při porušení [N], Ac je průřezová plocha zkušebního tělesa, na kterou působí
zatížení v tlaku [mm2]. - Pevnost v tlaku se zaokrouhlí na nejbližších 0,5 MPa [N/mm2].
8. PEVNOST V TAHU OHYBEM ZKUŠEBNÍCH TĚLES
Předmět normy - Tato norma popisuje metodu pro stanovení pevnosti v tahu ohybem
zkušebních těles ze ztvrdlého betonu.
Podstata zkoušky - Hranolová zkušební tělesa jsou vystavena ohybovému momentu od
zatížení přenášeného prostřednictvím horních zatěžovacích a spodních podpěrných válečků.
Zkušební zařízení
- Zkušební lis.
- Zatěžování – se skládá ze dvou podpěrných válečků, dvou horních zatěžovacích válečků, kloubově připojených k příčnému závěsu (obr. 19.).
Obr. 19. Uspořádání zatěžování zkušebního tělesa (zatěžování dvěma
břemeny) 1) zatěžovací válečky (otočné a výkyvné), 2) podpěrný váleček, 3) podpěrný váleček (otočný a výkyvný).
Zkušební tělesa Všeobecně
- Zkušební tělesa musí být hranoly (100x100x400 mm).
Úprava zkušebních těles - Pokud rozměry nebo tvary zkušebních těles neodpovídají:
- nerovné povrchy se musí srovnat broušením, - odchylky úhlů se musí opravit odřezáním, případně broušením.
Zkušební postup Příprava těles
- Z povrchu těles, která byla ošetřována ve vodě, se z jejich povrchu před jejich vložením do zkušebního lisu setře voda.
Zatěžování
- Všechny zatěžovací a podpěrné válečky musí rovnoměrně dosedat na zkušební těleso.
- Nastaví se konstantní rychlost zatěžování od 0,04 MPa/s do 0,06 MPa/s. Zatěžuje se plynule bez nárazu, a zatížení se zvyšuje stanovenou konstantní rychlostí až do porušení vzorku.
- Rychlost zatěžování ve zkušebním lisu je dána následujícím vztahem:
l
ddsR
221..
= ,
kde: R je rychlost zatěžování [N/s], s je přírůstek napětí [MPa/s], d1 a d2 jsou rozměry příčného řezu tělesa [mm], l je vzdálenost mezi podpěrnými válečky [mm].
- Zaznamená se dosažené maximální zatížení. Vyjádření výsledků
- Pevnost v tahu za ohybu (čtyřbodovém) je dána následujícím vztahem:
221.
.
dd
lFf cf = ,
kde: fcf je pevnost v tahu ohybem [MPa], F je maximální zatížení [N], l je vzdálenost mezi opěrnými válečky [mm],
d1 a d2 jsou rozměry příčného řezu tělesa (obr. 19.) [mm]. - Pevnost v tahu ohybem se zaokrouhlí na nejbližší 0,1 MPa.
Zatěžování jedním břemenem uprostřed
- Rychlost zatěžování se stanoví podle následujícího vztahu: l
sddR
.3
..2 221= ,
kde: R je požadovaná rychlost zatěžování [N/s], s je průsečík napětí [MPa/s], l je vzdálenost mezi podpěrnými válečky [mm],
d1 a d2 jsou rozměry příčného řezu tělesa (obr. 20.) [mm]. - Pevnost v tahu za ohybu (tříbodovém) je dána následujícím vztahem:
221..2
..3
dd
lFf cf = ,
kde: fcf je pevnost v tahu ohybem [MPa], F je maximální zatížení [N], l je vzdálenost mezi podpěrnými válečky [mm], d1 a d2 jsou rozměry příčného řezu (obr. 20.) [mm].
- Pevnost v tahu ohybem se zaokrouhlí na nejbližší 0,1 MPa.
Obr. 20. Uspořádání zatěžování zkušebního tělesa (zatěžování jedním
břemenem uprostřed) 1) zatěžovací válečky (otočné a výkyvné), 2) podpěrný váleček, 3) podpěrný váleček (otočný a výkyvný).
9. PEVNOST V PŘÍČNÉM TAHU ZKUŠEBNÍCH TĚLES
Podstata zkoušky - Válcové zkušební těleso je vystaveno tlaku v úzkém pruhu po jeho délce. - Výsledná kolmá tahová síla způsobí porušení tělesa tahem.
Zkušební zařízení
- Zkušební lis. - Vodící přípravek (nepovinný, obr. 21.) pro usazení tělesa a roznášecích
proužků do správné polohy. Vodící přípravek nesmí bránit deformaci tělesa během zkoušky.
- Roznášecí proužky jsou zhotovené z dřevovláknité desky, s objemovou hmotností větší než 900 kg.m-3.
Obr. 21. Vodící přípravek pro
válcová tělesa
1) ocelový zatěžovací trámeček, 2) roznášecí proužek z dřevovláknité desky.
Zkušební tělesa Všeobecně
- Musí být válcová, u vývrtů však může být poměr délky k průměru válce nižší, ale nejméně 1.
Úprava zkušebních těles
- Pokud rozměry nebo tvary zkušebních těles neodpovídají: - nerovné povrchy se musí srovnat broušením, - odchylky úhlů se musí upravit odřezáním případně broušením.
Zkušební postup Příprava těles
- Z povrchu těles, která byla ošetřována ve vodě, se setře voda před jejich vložením do zkušebního lisu.
Usazení zkušebního tělesa
- Zkušební těleso se umístí do středu zkušebního lisu. - V zatěžovací středové rovině se opatrně na těleso osadí, roznášecí
proužky v horní i dolní části vzorku. - Při zatěžování by měla být horní tlačená deska rovnoběžná s dolní
tlačenou deskou. Zatěžování
- Musíme zajistit, aby zkušební těleso bylo centrované. - Nastaví se konstantní rychlost zatěžování v rozsahu od 0,04 MPa/s
do 0,06 MPa/s. Těleso se zatěžuje plynule bez nárazu, a zatížení se nepřetržitě zvyšuje stanovenou konstantní rychlostí do porušení.
- Rychlost zatěžování ve zkušebním lisu je dána následujícím vztahem:
dL
sR
..2
.π= ,
kde: R je rychlost zatěžování [N/s], L je délka zkušebního tělesa (obr. 22.) [mm], d je zvolený rozměr tělesa [mm], s je přírůstek napětí [MPa/s; N/mm2/s].
- Zaznamená se dosažené maximální zatížení. Vyšetřování tělesa
- Zhodnotí se zlom porušeného tělesa a vzhled betonu.
Obr. 22. Válcový
zatěžovcí segment
1) ocelový válcový zatěžovací segment, 2) roznášecí proužek z dřevovláknité desky, 3) válcový segment může být odříznut
Vyjádření výsledků
- Pevnost v příčném tahu je dána následujícím vztahem: dL
Ff ct ..
.2
π= ,
kde: fct je pevnost v příčném tahu [MPa], F je maximální zatížení [N], L je délka dotykové přímky tělesa [mm], d je zvolený příčný rozměr tělesa [mm].
- Pevnost v příčném tahu se zaokrouhlí na nejbližších 0,05 MPa.
NÁVRH SLOŽENÍ ČERSTVÉHO BETONU
Úkolem návrhu čerstvého betonu je provedení správného výběru základních,
popřípadě i doplňkových, obecně vhodných složek betonu a určení poměrů
jejich mísení tak, aby čerstvý i ztvrdlý beton vyhověl dané specifikaci v plném
rozsahu kladených požadavků.
Návrh betonu se vždy odehrává v několika etapách:
1. fáze – Definování požadavku (zadání výpočtu)
2. fáze – Výběr složek betonu podle druhu betonu
3. fáze – Návrh složení betonu podle vybraného algoritmu
4. fáze – Experimentální ověření složení betonu
Metody návrhu složení čerstvého betonu lze rozdělit do dvou skupin:
1. „Klasické“ (matematické) metody
2. „Moderní“ metody , založené na aplikaci výpočetní techniky
V podstatě všechny metody návrhu složení betonu vycházejí z předpokladu
následující obecné závislosti složení cementového betonu:
Rb = f1 (Rc, Jk, Dmax, w, cp, mc, mk, mp, Vz) f2 (t, T, φ, ZT, ZR)
Mezi „klasické metody“ návrhu složení patří např. Bolomeyova metoda. Tato
metoda vypočítává recepturu čerstvého betonu v těchto krocích:
• Výpočet relativního složení (relativních poměrů) mezi jednotlivými
složkami (mc:mk, mk:mv, mv:mc) a to dle tzv. Bolomeyovy rovnice:
Rb = ak . Rc . (1/w – 0,5)
• Výpočet absolutního složení směsi (tj. v kg.m-3) a to dle tzv. rovnice
absolutních objemů:
Vc + Vv + Vp + Vk = 1 – (VZ/100)
• Kontrola vypočtených parametrů, např. dle požadavků ČSN EN 206-1
Pro výpočet optimálního složení kameniva se často používá např. Fullerova
metoda:
y = 100 . (d/Dmax)0,5
ZADÁNÍ PŘÍKLADU
Metodou podle Bolomeye navrhněte recepturu pro vyztužený cementový
beton. Konstrukce bude umístěna v prostředí, definovaném podle ČSN EN
206-1 jako XC2, požadovaná třída pevnosti betonu je C25/30, resp. C30/37.
Dalšími, limitujícími, parametry složení betonu jsou:
• rozměry konstrukce – krycí vrstva výztuže je 30mm, mezera mezi
pruty výztuže je 25mm, minimální rozměr konstrukce je 350mm,
• použité kamenivo – drobné kamenivo frakce 0/4 je těžené, k dispozici
jsou dále frakce hrubého kameniva 4/8, 8/16 a 16/32, složení
kameniva navrhněte metodou podle Fullera,
• v receptuře se počítá s použitím plastifikátoru (0,7%) a
provzdušňovadla (0,5%).
Doplnění zadání
a) Požadavky pro největší zrno kameniva (Pytlík, 2000):
• <<<< ¼ nejmenšího rozměru konstrukce = ¼ . 350 = 87,5mm
• <<<< o 5mm než nejmenší vzdálenost mezi pruty výztuže = 25 – 5 =
20mm
• <<<< než 1,3 násobek tloušťky krycí vrstvy výztuže = 1,3 x 30 =
39mm
Rozhoduje nejmenší hodnota →→→→ maximální zrno kameniva musí být
menší než 20mm.
b) Fyzikální vlastnosti betonu, resp. jeho složek:
• objemová hmotnost kameniva ... 2700 kg.m-3
• měrná (objemová) hmotnost cementu ... 3100 kg.m-3
• obsah vzduchových pórů Vz = 5%
