WYTRZYMAŁOŚĆ NA ZGINANIE I ŚCISKANIE DREWNA ORAZ BELECZEK CEMENTOWYCH PO 28 DNIACH

Transkrypt

1 WYTRZYMAŁOŚĆ NA ZGINANIE I ŚCISKANIE DREWNA ORAZ BELECZEK ENTOWYCH PO 28 DNIACH NORMY PN-EN 197-1:2012:. Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku. PN-EN 196-1:2006: Metody badania cementu. Część 1: Oznaczanie wytrzymałości. PN-D-04100:1977: Drewno. Oznaczanie wilgotności. PN-D-04103:1977: Drewno. Oznaczanie wytrzymałości na zginanie statyczne. PN-D-04102:1979: Drewno. Oznaczanie wytrzymałości na ściskanie wzdłuż włókien. WSTĘP TEORETYCZNY Beleczki cementowe Składnik główny specjalnie wybrany materiał nieorganiczny, którego udział przekracza 5% masy w stosunku do sumy wszystkich składników głównych i drugorzędnych. Do składników głównych zalicza się: klinkier cementowy (K), granulowany żużel wielkopiecowy (S), pucolanę (P naturalna pochodzenia wulkanicznego, Q naturalna wypalana), popiół lotny (V krzemionkowy, W wapienny), łupek palony (T), wapień (L lub LL w zależności od całkowitej ilości węgla pochodzenia organicznego), pył krzemionkowy (D). Składnik drugorzędny specjalnie wybrany materiał nieorganiczny, którego udział w stosunku do sumy wszystkich składników głównych i składników drugorzędnych nie przekracza 5% masy. Są to najczęściej naturalne mineralne materiały nieorganiczne, materiały pochodzące z procesu produkcji klinkieru lub wymienione wyżej składniki główne, jeżeli ich zawartość jest mniejsza niż 5%. Dodatki obojętne nie reagują z cementem i wodą oraz nie ingerują w hydratację. Służą głównie do polepszenia struktury uziarnienia i urabialności. Dodatki o właściwościach pucolanowych reagują z wodorotlenkiem wapnia powstającym w procesie hydratacji cementu. Służą do polepszenia procesu twardnienia betonu. Dodatki o utajonych właściwościach hydraulicznych potrzebują wyzwalacza (wodorotlenku lub siarczanu wapnia), aby potem same wiązać hydraulicznie. Dodatki te charakteryzują się większą zawartością wapna niż pucolanowe. Klasa wytrzymałości cementu klasa wytrzymałości na ściskanie. Ciepło hydratacji ilość ciepła wydzielonego podczas hydratacji cementu w ustalonym przedziale czasu.

2 spoiwo hydrauliczne, tj. drobno zmielony materiał nieorganiczny, który po zmieszaniu z wodą tworzy masę, wiążącą i twardniejącą w wyniku reakcji i procesów hydratacji, zachowującą po stwardnieniu wytrzymałość i trwałość także pod wodą. Spoiwo w betonie składnik, który w wyniku przemian fizycznych, chemicznych lub fizykochemicznych twardnieje, łącząc się w monolityczną całość z kruszywem. Wyróżnia się spoiwa powietrzne i hydrauliczne. Spoiwo powietrzne spoiwa, dla których procesy wiązania i twardnienia zachodzą tylko na powietrzu. Należą do nich: wapno zwykłe, wapno suchogaszone (hydratyzowane), gips. Spoiwa hydrauliczne spoiwa, które po zarobieniu wodą ulegają wiązaniu i twardnieniu zarówno na powietrzu, jak i wodzie. Należą do nich: wapno hydrauliczne, cementy. Zaczyn budowlany - mieszanina spoiwa mineralnego z wodą lub innym roztworem. Wyróżnia się zaczyny: cementowe, wapienne, cementowo-wapienne, gipsowe, gipsowo-wapienne. Zaprawa mieszanina: spoiwa lub lepiszcz (względnie obu tych materiałów), drobnoziarnistych kruszyw, wody lub innej cieczy zarobowej, ewentualnych dodatków i domieszek, poprawiających właściwości zaprawy świeżej lub stwardniałej. y powszechnego użytku dzieli się na pięć głównych rodzajów: I cement, II cement wieloskładnikowy, III cement hutniczy, IV cement pucolanowy, V cement wieloskładnikowy. Rodzaje cementów powszechnego użytku oraz ich skład: Główne rodzaje I II Nazwa 27 rodzajów cementów powszechnego użytku żużlowy krzemionkowy I II/A-S II/B-S II/A-D II/A-P Skład niki drugorzędne Klinkier Żużel wielkopiecowy Pył krzemionkowy Pucolana Skład (w procentach masy a ) Składniki główne Popiół lotny naturalna naturalna krzemionkowy wapienny wypalana Łupek palony Wapień K S D b P Q V W T L LL

3 III IV V pucolanowy popiołowy łupkowy wapienny wieloskładnikowy c hutniczy pucolanowy c wieloskładnikowy c II/B-P II/A-Q II/B-Q II/A-V II/B-V II/A-W II/B-W II/A-T II/B-T II/A-L II/B-L II/A-LL II/B-LL II/A-M II/B-M III/A III/B III/C IV/A IV/B V/A V/B a Wartości tablicy odnoszą się do sumy składników głównych i drugorzędnych b Udział pyłu krzemionkowego jest ograniczony do 10% c W cementach ch wieloskładnikowych II/A-M i IIB-M, w cementach pucolanowych IV/A i IV/B i w cementach wieloskładnikowych V/A i V/B składniki główne inne niż klinkier należy deklarować poprzez oznaczenie cementu Każdy cement powszechnego użytku powinien być oznakowany w jednoznaczny sposób, określony w normie. Oznakowanie powinno zawierać co najmniej: rodzaj cementu, klasę wytrzymałościową oraz klasę wytrzymałości wczesnej. Dodatkowe cechy cementu są przedstawiane przez producentów w postaci kodu literowego na końcu oznakowania: NA oznacza cement niskoalkaliczny, HSR cement o wysokiej odporności siarczanowej, LH cement o niskim cieple hydratacji.

4 W zależności od wytrzymałości na ściskanie, wyrażonej w megapaskalach (MPa) lub niutonach na milimetr kwadratowy (N/mm 2 ) i określonej po 28 dniach dojrzewania, rozróżnia się trzy klasy wytrzymałości cementu: 32,5, 42,5, 52,5. Dla każdej klasy wytrzymałości normowej rozróżnia się dwie klasy wytrzymałości wczesnej: klasę N normalnej wytrzymałości wczesnej i klasę R wysokiej wytrzymałości wczesnej. W zależności od ilości dodatku wyróżnia się odmiany: - A: 6-20% - B: % Wymagania mechaniczne i fizyczne stawiane poszczególnym klasom wytrzymałości cementu: Klasa wytrzymałości Wytrzymałość na ściskanie (MPa) Początek wczesna po 2 dniach po 7 dniach 32,5 N - 16,0 32,5 R 10,0-42,5 N 10,0-42,5 R 20,0-52,5 N 20,0-52,5 R 30,0 - normowa, po 28 dniach czasu wiązania (min) 32,5 52, ,5 62, ,5-45 Stałość objętości (mm) 10 Ustalono także kod kolorów rozpoznawczych na opakowaniu (np. na worku) w zależności od klasy cementu: Klasa wytrzymałości Kolor rozpoznawczy Kolor nadruku 32,5 N czarny jasnobrązowy 32,5 R czerwony 42,5 N czarny zielony 42,5 R czerwony 52,5 N czarny czerwony 52,5 R biały Składniki główne cementu: a) Klinkier (K) jest wytwarzany przez spiekanie dokładnie zestawionej mieszaniny surowców (mąka surowcowa, wilgotna masa surowcowa lub szlam) zawierającej elementy przedstawiane zwykle jako tlenki CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 i niewielkie ilości innych materiałów. Jest to materiał hydrauliczny. b) Granulowany żużel wielkopiecowy (S) jest wytwarzany przez gwałtowne chłodzenie płynnego żużla o odpowiednim składzie, otrzymywanego przez wytapianie rudy żelaza w wielkim piecu i

5 który zawiera co najmniej dwie trzecie masy żużla zeszklonego oraz wykazuje właściwości hydrauliczne przy odpowiedniej aktywacji. Wykazuje właściwości hydrauliczne przy odpowiedniej aktywacji. c) Pucolany (P, Q) to naturalne materiały krzemionkowe lub glino-krzemianowe, bądź kombinacja obydwu. Pucolany same nie twardnieją po zmieszaniu z wodą, lecz drobno zmielone i w obecności wody reagują w normalnej temperaturze otoczenia z rozpuszczonym wodorotlenkiem wapnia (Ca(OH2)), tworząc związki krzemianów wapnia i glinianów wapnia o rosnącej wytrzymałości. Pucolany powinny być prawidłowo przygotowane, tj. wyselekcjonowane, ujednorodnione, wysuszone lub poddane obróbce termicznej i rozdrobnione, w zależności od stanu w jakim są produkowane lub dostarczane.wykazują właściwości pucolanowe. - pucolany naturalne (P) to na ogół materiały pochodzenia wulkanicznego lub skały osadowe o odpowiednim składzie chemiczno-mineralogicznym i powinny być zgodne z normą, - pucolany naturalne wypalane (Q) to materiały pochodzenia wulkanicznego, gliny, łupki lub skały osadowe, aktywowane przez obróbkę termiczną i powinny być zgodne z normą. d) Popiół lotny (V, W) jest otrzymywany przez elektrostatyczne lub mechaniczne osadzanie pylistych cząstek spalin z palenisk opalanych pyłem węglowym. Popiół lotny może być z natury krzemionkowy (V) lub wapienny (W). Pierwszy wykazuje właściwości pucolanowe, a drugi może wykazywać dodatkowo właściwości hydrauliczne. e) Łupek palony (T) wytwarzany jest w specjalnym piecu, w temperaturze około 800 C. Z powodu składu materiału naturalnego i procesu wytwarzania, łupek palony zawiera fazy klinkierowe, głównie krzemian dwuwapniowy oraz glinian jednowapniowy. Zawiera również, oprócz niewielkich ilości wolnego wapnia i siarczanu wapnia, większe ilości tlenków o reaktywności pucolanowej, szczególnie dwutlenek krzemu. W konsekwencji, w drobno zmielonym stanie, łupek palony wykazuje wyraźne właściwości hydrauliczne podobnie jak cement oraz, dodatkowo, właściwości pucolanowe. f) Wapień (L, LL) to materiały, które powinny zachowywać się obojętnie i nie reagować chemicznie z zaczynami. g) Pył krzemionkowy (D) powstaje podczas redukcji kwarcu wysokiej czystości za pomocą węgla w elektrycznych piecach łukowych przy produkcji krzemu lub stopów żelazokrzemu i składa się z bardzo drobnych kulistych cząstek zawierających co najmniej 85% masy bezpostaciowego dwutlenku krzemu. Zawartość krzemu Si nie powinna być większa niż 0,4% masy. Zalicza się do dodatków o właściwościach pucolanowych.

6 Drewno Wilgotność bezwzględna drewna stosunek masy wody zawartej w drewnie do masy drewna w stanie całkowicie suchym, wyrażony w procentach. Masa wody zawarta w drewnie różnica masy drewna wilgotnego i masy drewna całkowicie suchego, wyrażona w jednostkach masy. Drewno w stanie całkowicie suchym drewno, które po wysuszeniu w temperaturze 103 ± 2 C, w 2 kolejnych ważeniach wykonanych w odstępie 2 godzin wykazuje różnicę masy nie większą niż: 0,01 g przy oznaczaniu wilgotności drewna z dokładnością do 1,0 %, 0,001 g przy oznaczaniu wilgotności drewna z dokładnością do 0,1 %. METODA BADANIA ENT: Oznaczenie wytrzymałości wykonuje się według PN-EN 196-1:2006. Ocenę wytrzymałości na zginanie (badanie opcjonalne, niewymagane przez normę) i ściskanie cementu należy wykonać, stosując beleczki w kształcie prostopadłościanu o wymiarach 40 x 40 x 160 mm, wykonane z normowej zaprawy zawierającej badany cement, piasek normowy i wodę. Beleczki cementowe wyjąć z wody nie wcześniej niż na 15 minut przed badaniem. Usunąć osad z ich powierzchni i do chwili badania przykryć wilgotną ściereczką. Wytrzymałość beleczek badać w następujących przedziałach czasu: po 1 dniu 24 h ± 15 min, po 2 dniach 48 h ± 30 min, po 7 dniach 7 dni ± 2 h, po 28 dniach 28 dni ± 8 h. Wytrzymałość na zginanie Przygotowaną beleczkę umieścić na rolkach podporowych w urządzeniu przedstawionym na poniższym rysunku.

7 Obciążenie na beleczkę przenosić za pomocą rolki obciążającej. Siłę obciążającą zwiększać równomiernie o 50 ± 10 N/s aż do złamania beleczki. Połówki beleczek trzymać przykryte wilgotną ściereczką aż do wykonania badania na ściskanie. Wytrzymałość na zginanie Rf obliczyć według następującego równania: Ff obciążenie łamiące na środku beleczki [N], b długość boczna przekroju beleczki [mm], l odległość między podporami [mm]. R f = 1,5 F f l b 3 [MPa] Wynik badania wytrzymałości na zginanie jest średnią arytmetyczną trzech pomiarów po zaokrągleniu do 0,1 MPa. Wytrzymałość na ściskanie Badanie wykonać na połówkach beleczek poddanych wcześniej np. badaniu wytrzymałości na zginanie. Należy określić wytrzymałość na ściskanie każdej połówki beleczki. Połówkę beleczki umieścić w specjalnej wkładce zaopatrzonej w kwadratowe płytki ściskające, wykonane z utwardzonej stali, o boku 40,0 ± 0,1 mm. Płytki powinny dociskać centralną część badanej beleczki. Obciążenie zwiększać równomiernie z prędkością 2,4 ± 0,2 kn/s, aż do zgniecenia próbki.

8 Wytrzymałość na ściskanie obliczyć według następującego równania: Rc wytrzymałość na ściskanie, Fc siła niszcząca [N] R c = 1600 powierzchnia płytek ściskających [40x40 mm]. F c 1600 [MPa] Wynik badania wytrzymałości na ściskanie jest średnią arytmetyczną sześciu pomiarów po zaokrągleniu do 0,1 MPa. Jeśli jeden z sześciu wyników różni się więcej o ± 10% od średniej, należy go odrzucić i obliczyć wartość średnią z pozostałych pięciu pojedynczych wyników. Jeśli jeden z pozostałych pięciu wyników różni się więcej niż o ± 10% od ich średniej wartości, należy odrzucić cały wynik badania i powtórzyć oznaczenie. DREWNO: Oznaczenie wytrzymałości na zginanie statyczne. Kształt i wymiary próbki w mm:

9 Pomiar przekroju próbki należy wykonać bezpośrednio przed oznaczaniem, w połowie długości próbki, w kierunku promieniowym b i stycznym h, z dokładnością do 0,1 mm. Próbkę należy umieścić w maszynie probierczej swobodnie, symetrycznie na dwóch podporach w ten sposób, aby Napora maszyny przeniosła obciążenie na próbkę w środku jej długości i aby siła zginająca działała prostopadle do przekroju promieniowego drewna. Próbkę należy obciążać równomiernie w środku jej długości ze stałą prędkością tak dobraną, aby jej zniszczenie nastąpiło w ciągu 90 ± 30 s od chwili rozpoczęcia obciążenia. Wartość siły niszczącej należy odczytać z dokładnością do 1%. Wytrzymałość na zginanie statyczne przy wilgotności (W) w chwili badania (σbw) należy obliczać według wzoru: Pmax siła niszcząca [N], l rozstaw podpór [mm], b szerokość próbki [mm], h wysokość próbki [mm]. σ bw = 3 P max l 2 b h 2 [MPa] Przeliczanie wartości wytrzymałości próbki przy wilgotności W na wartość przy wilgotności 12% z zaokrągleniem do 1 MPa należy wykonać według wzoru: α współczynnik przeliczeniowy, α = 0,04, W wilgotność drewna w chwili badania. σ b12 = σ bw [1 + α(w 12)] [MPa]

10 Średnia wytrzymałość na zginanie statyczne próbek laboratoryjnych wykonanych z jednej próbki pierwotnej obliczona jest jako średnia arytmetyczna wytrzymałości poszczególnych próbek laboratoryjnych z zaokrągleniem do 1 MPa. Oznaczanie wytrzymałości na ściskanie wzdłuż włókien. Kształt i wymiary próbki w mm: Pomiar badanego przekroju próbki należy wykonać bezpośrednio przed oznaczaniem w połowie długości próbki, w kierunku promieniowym (a) i stycznym (b), z dokładnością do 0,1 mm. Próbkę należy umieścić na środku płyty przegubowej maszyny probierczej w ten sposób, aby kierunek działania siły ściskającej był równoległy do jej podłużnej osi. Próbkę należy obciążać równomiernie ze stałą prędkością tak dobraną, aby zniszczenie nastąpiło w czasie 90 ± 30s od chwili rozpoczęcia obciążania. Siłę potrzebną do zniszczenia próbki należy odczytać z dokładnością nie mniejszą niż 1% siły niszczącej. Wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien próbki o wilgotności W, w chwili badania (RcW) należy obliczać z dokładnością do 0,5 MPa, według wzoru: Pmax siła zużyta do zniszczenia próbki [N], R cw = P max a b [MPa] a wymiar próbki w kierunku promieniowym [mm], b wymiar próbki w kierunku stycznym [mm]. Przeliczanie wartości wytrzymałości próbki przy wilgotności W na wartość przy wilgotności 12% z zaokrągleniem do 0,5 MPa należy wykonać według wzoru: α współczynnik przeliczeniowy, α = 0,04, W wilgotność drewna w chwili badania. R c12 = R cw [1 + α(w 12)] [MPa]

11 Średnia wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien próbek laboratoryjnych wykonanych z jednej próbki pierwotnej obliczona jest jako średnia arytmetyczna wytrzymałości poszczególnych próbek laboratoryjnych z zaokrągleniem do 0,5 MPa.