Badania mieszanek betonowych

Badanie urabialności i konsystencji

Urabialność i konsystencja jest to zespół cech określających właściwości mieszanki betonowej, od których zależy łatwość wypełniania formy i zdolność zachowania kształtu po rozformowaniu zaraz po zagęszczeniu.

Konsystencję mieszanki betonowej bada się metodą Ve-Be lub metodą stożka opadowego. Metodę pierwszą należy stosować do mieszanek betonowych o konsystencji plastycznej i mieszanek gęstszych, metodę stożka opadowego — do mieszanek ciekłych.

Metoda Ve-Be

Miarą konsystencji jest czas, liczony w sekundach, potrzebny do ułożenia w naczyniu za pomocą wibracji określonej ilości mieszanki.

Przyrządy. Stół wibracyjny o częstotliwości drgań 50 ± 5 her­ców i amplitudzie 0,5 mm.Naczynie cylindryczne o średnicy wewnętrznej 230±10 mm i wysokości 200±5 mm z blachy stalowej o grubości 3 ± 0,5 mm. Forma w postaci ściętego stożka o średnicy dolnej 200 mm i Kornej 100 mm i wysokości 300 mm, z blachy grubości nie mniejszej niż 1,5 mm, z uchwytami. Ruchome urządzenie zaopatrzone z jednej strony we wsyp, z drugiej strony w przesuwny pręt z płytą z przezroczystego materiału o średnicy 225 ± 5 mm.

Przygotowanie próbki, Próbkę o objętości co najmniej 8 litrów pobiera się z mieszanki betonowej nie później niż po upływie 30 min od chwili zmieszania składników z wodą.

Wykonanie badania. Do naczynia cylindrycznego przymocowanego do płyty wibracyjnej wstawia się formę stożkową, opierając na niej wsyp. Formę wypełnia się mieszanką betonową w trzech warst­wach, zagęszczając każdą warstwę 25-krotnym zagłębieniem pręta. Następnie odsuwa się wsyp, wygładza powierzchnię mieszanki, zdejmuje formę stożkową i na stożku mieszanki opiera się płytę z prętem. Potem uruchamia się wibrator, notując czas z dokładnością 1 s. Wibrowanie trwa do chwili notowanej w sekundach aż cała spodnia powierzchnia płytki zetknie się z mieszanką betonową. Czas w sekundach jest miarą konsystencji.

Metoda stożka opadowego

Miarą konsystencji jest opad stożka uformowanego z mieszanki betonowej. Opad jest mierzony w centymetrach.

Przyrząd: forma w kształcie stożka ściętego jak w metodzie Ve-Be.

Oznaczanie: formę stożkową ustawioną na posadzce wypełnia się mieszanką betonową, którą zagęszcza się jak w metodzie Ve-Be. Formę ostrożnie ściąga się pionowo w górę. Stożek z mieszanki ulega deformacji, zmniejszając swą wysokość. Gdy opadanie stożka zatrzyma się zupełnie, mierzy się w centymetrach wysokość opadu w największym miejscu stożka.

Oznaczanie gęstości pozornej mieszanki betonowe]

Przyrząd: Cylinder metalowy.

Oznaczanie: Do cylindra wkłada się taką ilość mieszanki, żeby po zagęszczeniu wykazała objętość nie mniej niż 8 dm³. Zagęszczanie wykonuje się na stoliku wibracyjnym tak długo, aż na powierzchni mie­szanki wystąpi zaczyn cementowy, jednak nie dłużej niż 1,5 min. Następnie wykonuje się pomiar objętości (V) w dm³ z dokładnością nie mniejszą niż 0,3% oraz pomiar masy w kilogramach z dokładnością nie mniejszą niż 0,2%. Masę próbki G określa się z różnicy masy próbki wraz z cylindrem i masy samego cylindra. Wynik oznaczania jest średnią arytmetyczną wyników co najmniej dwóch kolejnych próbek. Gęstość pozorną liczy się ze wzoru: ρ_p=G/V.

Oznaczanie porowatości zagęszczonej mieszanki betonowej

Porowatość mieszanki betonowej po zagęszczeniu oznacza się metodą do­świadczalną, jeżeli skład mieszanki i gęstości pozorne składników nie są dokładnie znane. Gdy wielkości te są znane stosuje się metodę doświadczalno-obliczeniową.

Metoda doświadczalna. Po zagęszczeniu mieszanki o obję­tości nie mniejszej niż 8 dm³ w cylindrze wykonuje się pomiar objętości V. Następnie do cylindra wlewa się od­mierzoną ilość wody (Δw) o objętości l dm³. Mieszankę betonową miesza się z dolaną ilością wody za pomocą pręta i wibruje do chwili, gdy prze­staną się z tej mieszaniny wydobywać pęcherzyki powietrza. Po czym ponownie mierzy się objętość V_k. Porowatość liczy się:

J_b=(V+Δ_w-V_k)/V*100

Metoda doświadczalno-obliczeniowa polega na obliczeniu porowatości wg wzoru:

C,K,W - masa cementu, kruszywa, wody,

ρ-gęstości pozorne betonu, cementu, kruszywa

Ocena wyników: porowatość zagęszczonej mieszanki betonowej nie powinna przekraczać:

0,006z-w przypadku nie stosowania dodatków napowietrzających,

0,010z-w przypadku stosowania dodatków napowietrzających.

Jako wartość z przyjmuje się wartość liczbową odpowiadającą ilości zaprawy przyjętej przy projektowaniu składu betonu. Wymagania te dotyczą betonów zbrojonych i niezbrojonych, narażonych na działanie czynników atmosferycznych.

Oznaczanie powietrza w masie betonowej

Badanie to służy do oznaczania zawartości powietrza, w mikroporach specjalnie wytworzonych dla zwiększenia odporności betonu na działanie mrozu, soli. Chodzi więc o badanie betonów napowietrzonych. Badanie wykorzystuje prawo Boyle-Mariott'a, że iloczyn objętości powietrza i ciśnienia w danej temp. jest stałą.

Przyrząd: aparat, który pozwala od razu odczytywać zawartość powietrza w masie betonowej.

Ocena wyników: betony napowietrzone zawierają normalnie ok. 55 powietrza.

Oznaczanie składu mieszanki betonowej (badanie nienormowane) (str.252)

Kontrola prawidłowości produkcji mieszanki betonowej:

-uziarnienie kruszywa powyżej 2 mm,

-konsystencja mieszanki,

-wytrzymałość mieszanki.

Badania betonów

Oznaczanie wytrzymałości na ściskanie

Typy próbek. Próbki mogą być w kształcie sześcianu lub wal­ca o średnicy 15 cm i wysokości 30 cm. Próbki sześcienne mogą być trojakiej wielkości:

Typ A a = 20 cm F=400 cm²

Typ B a = 15 cm F= 225 cm²

Typ C a= 10 cm F= 100 cm²

Próbki typu A stosuje się jeśli ziarna kruszywa dochodzą do 80 mm, próbki typu B - do 40 mm. Próbki typu C mogą być stosowane wyjątkowo, gdy ziarna kruszywa mają największy wymiar do 20 mm,

Próbki walcowe mogą być stosowane tylko wtedy, kiedy wymaga tego projekt i kiedy największy wymiar kruszywa nie przekracza 40 mm.

Przyrządy: prasa, w której jedna z płyt dociskowych wyposażona jest w przegub, formy dowolnej konstrukcji, odpowiadające następującym warunkom:

- grubość ścian i dna formy sześciennej nie mniejsza niż 10 mm, walcowej 6 i 8 mm,

- kąty nie powinny się różnić od kąta prostego więcej niż 0,5º,

- wymiary wewnętrzne formy nie powinny się różnić więcej od przewidzianych niż 1 mm,

- największe odchylenie płaszczyzn kształtujących powierzchnie próbki od płaszczyzny idealnej nie powinno przekraczać 0,05 mm.

Wykonanie próbek. Mieszankę w formach należy układać i zagęszczać w taki sposób jako stosuje się na budowie. Zagęszczanie za pomocą wibracji przeprowadza się na stole wibracyjnym tak, aż cała powierzchnia próbki pokryje się zaczynem cementowym. Układanie i zagęszczanie mieszanek betonowych o konsystencji plastycznej, półciekłej i ciekłej przeprowadza się:

— w jednej warstwie w formach typu C,

— w dwóch warstwach w formach typu A i B,

—w trzech warstwach w formach walcowych.

Każdą warstwę zagęszcza się prętem stalowym. Przy zagęszczaniu pierw­szej warstwy pręt powinien dotykać dna formy. Przy zagęszczaniu na­stępnej warstwy, pręt musi przenikać 2-3 cm w niżej leżącą warstwę. Należy zagęszczać równomiernie wzdłuż spirali od brzegów do środka formy. Liczba dźgnięć dla każdej warstwy powinna wynosić:

dla próbek A — 60,

dla próbek B i walcowych — 25,

dla próbek C — 12.

Układanie i zagęszczanie mieszanki w formach powinno być wykonane w ciągu 30 min od chwili pobrania próbek. Po zagęszczeniu powinien po­zostać nadmiar mieszanki wysokości około 5 mm. W przypadku próbek sześciennych pozostały po zagęszczeniu nadmiar mieszanki usuwa się liniałem metalowym. W zależności od konsystencji mieszanki wykończenie górnej płaszczyzny należy wykonać po upływie 0,5 do 3 h, po wykonaniu próbki. Próbki walcowe wykańcza się zaczynem cementowym o stosun­ku c/w od 2,5 do 2,8, który przykrywa się metalowym krążkiem i wy­ciska jego nadmiar. Krążek posmarowany lekko środkiem antyadhezyjnym usuwa się bezpośrednio przed rozformowaniem próbki. W zależności od celu przeprowadzania badania próbki przechowuje się w następujący sposób:

- w celu określenia poziomu wytwarzania mieszanki betonowej i wy­trzymałości umownej, próbki przechowuje się przez jedną dobę w formach, a po rozformowaniu aż do czasu badania w temperaturze pokojowej, przy wilgotności względnej powyżej 90%, dopuszczalne jest przechowywanie próbek na ruszcie nad wodą pod przykryciem z folii;

- w celu sprawdzenia wytrzymałości betonu przeznaczonego na konstrukcje, próbki przechowuje się w warunkach analogicznych do wa­runków twardnienia betonu w konstrukcji.

O z n a c z e n i e. Pomiędzy płyty dociskowe prasy a próbkę można umieścić podkładki stalowe grubości co najmniej 10 mm, o wymiarach równych wymiarowi próbki. Podkładki powinny być gładkie (szlifowane). Próbki sześcienne umieszcza się w prasie tak, żeby płaszczyzna, która była wyrównywana po zaformowaniu próbki, znajdowała się z boku. Próbki w prasie powinny być umieszczone w sposób zapewniający osiowe przyłożenie siły.

Przyrost obciążenia powinien wzrastać z prędkością:

- 0,2-0,4 MPa na s przy oczekiwanej wytrzymałości mniejszej niż 20 MPa

- 0,4-0,6 MPa przy oczekiwanej wytrzymałości ponad 20 MPa.

Notuje się największą siłę obciążającą. Siła niszcząca powinna być określona z dokładnością do 1% dla badań przeprowadzonych w placów­kach badawczych i 3% w warunkach polowych.

Obliczanie wyników. Wytrzymałość na ściskanie oblicza się dzieląc siłę niszczącą przez powierzchnię próbki. W celu otrzymania wytrzymałości na próbce sześciennej o krawędzi 15 cm należy wytrzy­małość określoną na próbce innego kształtu pomnożyć przez współczyn­nik, który wynosi:

dla próbek 10X10X10 cm - 0,90, dla próbek 20X20X20 cm - 1,05, dla próbek walcowych 15/30 cm 1,25.

Zależność miedzy wytrzymałością umowną a wytrzymałością na ściskanie w okresie dłuższym niż 28 dni (R_t) określa wzór:

R_t=R_b^u[l+α*(t-28)]

Wartości współczynnika α należy przyjmować równe:

0,004 — dla cementów hutniczych,

0,002 — dla cementów portlandzkich marek 250 i 350,

0,001 — dla cementów marek 400 i wyższych oraz szybkosprawnych.

Wzór ton jest ważny dla 28< t ≤ 90. Jeżeli w okresie tym, tj. od 28 do 90 dni średnia temperatura powietrza spadnie poniżej -10°C, to dni te należy pominąć w obliczeniach.

Oznaczanie nasiąkliwości betonu

Nasiąkliwość można określać na próbkach kształtu regularnego lub nie­regularnego (w przypadku pobierania próbek z konstrukcji). Objętość próbek nieregularnych powinna wynosić nie mniej niż 1000 cm³ przy uziarnieniu kruszywa do 20 mm, 2000 cm³ przy większym wymiarze ziarn.

Liczba próbek regularnych powinna wynosić co najmniej 3, nieregularnych 5.

Oznaczanie. Próbki wkłada się do naczynia tak, aby wysokość ułożonej próbki nie przekraczała 20 cm (beleczki i walce układa się na bok), po czym do naczynia wlewa się wodę w takiej ilości, aby sięgała 1/4 wysokości próbki. Po godzinie dolewa się wody do 1/2 wysokości prób­ki, a po następnej godzinie do 3/4 wysokości. Po 22 godzinach dolewa się tyle wody, aby próbka była pokryta warstwą grubości l cm. Poziom wody utrzymuje się nadal na tej wysokości.

Co 24 godziny próbki wyjmuje się z wody i po wytarciu po­wierzchni z wody waży z dokładnością do 0,2%. Próbki nasyca się wodą tak długo, aż dwa kolejne ważenia nie wykażą przyrostu masy. Następnie próbki suszy się do stałej masy.

Obliczanie wyników. Nasiąkliwość wagową (n_w) próbek oblicza się ze wzoru: n_w=(G₂-G_­1)/G₁*100

gdzie:

G₁ — łączna masa próbek suchych,

G₂ - łączna masa próbek nasiąkniętych wodą.

Ocena wyników. PN-75/B-06250 żąda od betonów zwykłych, żeby ich nasiąkliwość nie była większa niż:

4% — dla betonów narażonych na bezpośrednie działanie czynników atmosferycznych,

6% — dla betonów narażonych na pośrednie działanie czynników atmo­sferycznych.

Oznaczanie mrozoodporności

Mrozoodporność określa się ubytkiem masy betonu i wytrzymałości po zamarzaniu.

Przygotowanie próbek. Badanie przeprowadza się na co najmniej 6 próbkach, po 28 dniach twardnienia. Należy stosować próbki sześcienne o krawędzi 10 cm, wykonano i przechowywane jak przy badaniach wytrzymałości na ściskanie.

Oznaczanie. Próbki nasyca się wodą jak przy badaniu nasiąkliwości. Trzy próbki porównawcze powinny pozostawać w wodzie przez cały czas badania odporności na działanie mrozu. Trzy pozostałe próbki zamraża się w temperaturze —20°C. Przed rozpoczęciem zamraża­nia każdą próbkę waży się z dokładnością do 0,2%. Każdorazowy okres zamrażania powinien wynosić 4 h. Po każdym z nich próbki poddaje się odmrażaniu przez całkowite zanurzenie ich w wodzie o temperaturze pokojowej. Okres odmrażania powinien wynosić 4—20 h. Badanie obej­muje 25 cykli zamrażania i odmrażania. Po ostatnim odmrożeniu próbki waży się z dokładnością do 0,2%. Następnie przeprowadza się badanie wytrzymałości na ściskanie próbek zamrażanych i moczonych tylko w wodzie.

Ocena wyników. Betony narażone na działanie wilgoci i mrozu powinny wykazywać:

-wytrzymałość średnią nie mniejszą niż 15 MPa;

-mrozoodporność wyrażającą się ubytkiem masy nie większym niż 5% i zmniejszeniem wytrzymałości nie większym niż 20%.

Nieniszczące badania betonu

Nieniszczące metody badania betonu są coraz częściej stosowane. Do ich zalet należą:

— brak destruktywnego oddziaływania na badany obiekt,

— szybkie uzyskiwanie wyniku,

—możliwość powtarzania badań,

Nieniszczące metody badania betonu są oparte na empirycznych zależnościach pomiędzy mierzonymi wielkościami fizycznymi i poszuki­wanymi cechami betonu. Można wyróżnić cztery podstawowe grupy metod:

1) metody sklerometryczne — realizowane za pomocą przyrzą­dów mechanicznych, określających lokalną twardość betonu;

2) metody a k u s t y c z n e — polegające na pomiarze prędkości roz­przestrzeniania się fal ultradźwiękowych w betonie;

3) metody radiologiczne — polegające na wykorzystaniu osłabienia promieniowania w betonie różnej gęstości;

4) metody elektryczne — wykorzystujące zależności oporu betonu od jego różnych cech.

Najczęściej stosuje się dwie pierwsze grupy metod.

---