Badanie wytrzymałości elementu betonowego metodą sklerometryczną 1. Badania nieniszczące wprowadzenie Przy określaniu wytrzymałości wykonanego z betonu elementu nie zawsze można się oprzeć na wynikach badania elementów kontrolnych (kostek, walców), a to z uwagi na różne warunki ich wykonania i dojrzewania, a także z uwagi na brak odpowiednich elementów kontrolnych. Stosuje się wtedy nieniszczące metody badania wytrzymałości betonu. Dzięki nim otrzymujemy dodatkowe informacje o rozkładzie wytrzymałości betonu w badanym elemencie. Wyróżnić można dwie zasadnicze metody nieniszczących badań betonu: Sklerometryczne wykorzystujące związki pomiędzy lokalną powierzchniową odpornościową betonu na działanie skupionego obciążenia, a jego wytrzymałością; Akustyczne wykorzystujące związki pomiędzy wytrzymałością betonu, a prędkością rozchodzenia się fal dźwiękowych, częstotliwością drgań rezonansowych i parametrami tłumienia. 2. Badanie młotkiem Schmidta (metoda sklerometryczna) 2.1. Charakterystyka urządzenia pomiarowego młotka udarowego Do badań betonu użyty zostanie Sklerometr SCHMIDTA typu N produkcji szwajcarskiej firmy PROCEQ, posiadający międzynarodowy certyfikat jakości ISO 9001 o energii uderzenia równej 0.225 kgm. Sklerometr SCHMIDTA jest to sprężynowy bijak stalowy, który po zwolnieniu sprężyny uderza w stalowy, ruchomy trzpień przyłożony do powierzchni betonu. Odległość odbicia stalowego bijaka od stalowego trzpienia jest mierzona za pomocą liniowej skali przymocowanej do obudowy urządzenia. Miarą wielkości sprężystego odskoku, odczytaną na skali sklerometru, jest wartość liczby odbicia oznaczana jako L. 1
Skala na urządzeniu posiada zakres 10 100. Liczba L jest bezwymiarowa. Wytrzymałość betonu na ściskanie jest aproksymowana wielomianem drugiego stopnia w postaci, w którym wartości współczynników określone są na podstawie badań skalujących. Młotek jest przeznaczony do badania betonu zwykłego w przedziale wytrzymałości od 5.0 MPa do 60.0 MPa (10.0 MPa do 70.0 MPa). 2.2. Budowa młotka Schmidta Budowę młotka Schmidta przedstawia poniższy rysunek: Rys. 1. Przekrój podłużny przez młotek Schmidta typu N 1 powierzchnia badanego betonu, 2 trzpień uderzeniowy, 3 przykrywka przednia, 4 sprężyna amortyzująca, 5 sprężyna uderzeniowa, 6 wskaźnik liczby odbicia, 7 szkiełko ochronne wskaźnika, 8 skala, 9 prowadnica, 10 talerz wodzący, 11 sprężyna spustu, 12 sprężyna dociskowa, 13 przykrywka tylna, 14 przeciwnakrętka śruby regulacyjnej, 15 śruba regulacyjna, 16 spust, 17 sworzeń spustu, 18 przycisk do zatrzymywania talerza wodzącego, 19 obudowa młotka, 20 masa uderzająca, 21 i 22 zaczepy sprężyny uderzeniowej, 23 tuleja, 24 pierścień, 25 uszczelka filcowa 2
2.3. Zasada działania młotka Schmidta Młotek Schmidta jest przedstawicielem młotków sprężynowych. Zasada jego działania jest następująca: Młotek ustawia się w punkcie pomiaru prostopadle do badanej powierzchni i powoli do niej dociska. Docisk ten powoduje cofanie się masy uderzającej (20) i sczepionego z nią urządzenia spustowego (10, 11, 16, 17) z jednoczesnym naciągnięciem sprężyny uderzeniowej (5) oraz skróceniem sprężyny dociskowej (12). Cofanie się masy uderzającej ma miejsce aż do momentu, gdy urządzenie spustowe (16) osiągnie śrubę dystansową spustu (15). Następuje wtedy zwolnienie spustu i masa (20) uderza w trzpień (2), a następnie odbija się przesuwając do tyłu wskaźnik (6) na skali przyrządu (8). Skala przyrządu podzielona jest na równe działki, a odczytany wynik nazywa się liczbą odbicia L. W celu ponownego przygotowania młotka do użycia należny cofnąć przyrząd od badanej powierzchni. W trakcie cofania młotka sprężyna (12) popycha do przodu urządzenie spustowe (10, 11, 16, 17) wraz z prowadnicą, co powoduje wysunięcie na zewnątrz trzpienia (2) oraz wycofanie w położenie zerowe wskaźnika (6). Ostatecznie następuje zaczepienie urządzenia spustowego za kryzę masy uderzeniowej i młotek jest gotowy do nowego pomiaru. 2.4. Inne rodzaje młotków Schmidta Młotek Schmidta typu N działa energią uderzeniową 2.25 [Nm] i przeznaczony jest do badania betonu zwykłego w konstrukcjach i prefabrykatach. Ponadto produkowane są młotki typu M (masywny) o energii uderzeniowej 30.0 [Nm], które są przeznaczone do badania nawierzchni, fundamentów oraz konstrukcji masywnych. Młotki typu L (lekki) o energii uderzenia 0.75 [Nm] przeznaczone są do badania betonów lekkich oraz zapraw. 3
3. Tok postępowania przy badaniu wytrzymałości elementu betonowego metodą sklerometryczną (młotek Schmidta) Zestaw pomiarowy składa się z: kostki betonowej o wymiarach15.0x15.0x15.0 [cm], młotka Schmidta typu N, kamień ścierny. Rys. 2. Młotek Schmidta typu N Rys. 3. Kamień ścierny 4
Rys. 4. Próbka betonowa przygotowana do badania Zasady pomiaru podają PN-EN 12504-2 oraz Instrukcja ITB nr 210/1977. Procedura badania: Badanie będzie wykonywane na betonowej kostce sześciennej. Przed przystąpieniem do pomiarów ściany kostki należy oznaczyć w trwały sposób. Na każdej z sześciu ścian należy nanieść po dziewięć punktów pomiarowych, dla których wykonane zostanie badanie młotkiem Schmidta. Rys. 5. Próbka przygotowana do badania z naniesionymi 9 punktami pomiarowymi Badanie wykonujemy na ściany górnej kostki sześciennej uwzględniając odpowiedniej wartości poprawkę odczytu liczby odbicia. 5
1. W celu przygotowania młotka Schmidta do badania należy ustawić go w pozycji pionowo w dół i docisnąć trzpień do badanej powierzchni w wyniku czego nastąpi wysunięcie trzpienia. Wskazanie na skali powinno wynosić zero. Rys. 6. Młotek Schmidta przygotowany do badania trzpień wysunięty Rys. 7. Wskazanie na skali wynosi zero 2. W celu wykonania badania przyłożyć trzpień do wybranego punktu pomiarowego trzymając młotek w pozycji pionowo w dół. 3. Przesuwać młotek Schmidta w kierunku ku dołowi aż do momentu odbicia. 4. W chwili odbicia zablokować wskazanie na skali wciskając przycisk znajdujący się na obudowie młotka Schmidta. Rys. 8. Przycisk służący do blokowania wskazania na skali pomiarowej 6
Rys. 9. Młotek Schmidta po wykonaniu badania trzpień schowany 5. Odczytać wynik ze skali i zanotować w tabeli sprawozdania. Rys. 10. Wskazanie na skali pomiarowej po wykonaniu badania 6. Powtórzyć czynności od 1 do 5 dla pozostałych punktów pomiarowych. 7. Wykonać obliczenia uwzględniając odpowiednią poprawkę odczytu liczby odbicia L. Literatura: 1. Ajdukiewicz A., Starosolski W., Sulimowski Z., 1980: Konstrukcje betonowe laboratorium. Politechnika Śląska Skrypty Uczelniane Nr 926, Gliwice Opracowanie: mgr inż. J. Jakóbczyk mgr inż. A. Ulaszek 7