Schmidtovo kladívko, známé také jako odrazový tvrdoměr, je nástroj určený pro nedestruktivní testování ztvrdlého betonu. Tato metoda, nazývaná sklerometrická či tvrdoměrná zkouška, se běžně využívá při kontrole kvality betonových konstrukcí, kde je potřeba rychle a bez poškození stanovit pevnost betonu. Hlavními přednostmi použití Schmidtova kladívka jsou jeho jednoduchost, rychlost provedení a ekonomická nenáročnost.
Historie a princip měření
Kvalita betonu se posuzuje hlavně podle jeho pevnosti v tlaku, neboť ta je směrodatná pro nosnost a trvanlivost betonových konstrukcí. Staří Římané, kteří využívali cementovou maltu pro její vysokou pevnost v tlaku, zjišťovali její vlastnosti škrábnutím ocelovým hřebem po povrchu. Betonáři 50. let našeho století posuzovali pevnost betonu poklepáním lehkým kladívkem na stavební dílec. Potřebné informace o požadované pevnosti jim poskytoval zvuk, který přitom vznikal a dále především intenzita odrazu „měřená“ v zápěstí. Zkušený praktik byl dokonce schopen určit na základě svých pozorování pevnost v betonu, či stupeň jeho zatvrdnutí (stáří).
Přesto však právě tento princip měření vytvořil v té době základ pro vývoj mechanického měřicího přístroje, ve kterém je síla úderu na povrch betonu přesně definována vymrštěním stanovené hmoty pružinou se známou charakteristikou a měří se hodnota velikosti zpětného odrazu, která se odečítá na stupnici přístroje. Autor přístroje, Ing. Ernst Schmidt z Basileje, zadal již v roce 1954 první model tohoto přístroje do výroby švýcarské firmě PROCEQ. Od té doby bylo vyvinuto dalších devět modelů tohoto tvrdoměrného kladívka.
Použitým způsobem měření patří Schmidtovo kladívko mezi tzv. „tvrdoměrné“ (sklerometrické) metody, když se požadovaná veličina zjišťuje nepřímo prostřednictvím měření velikosti pružné reakce od vyvozeného úderu. Vnitřní rázový člen přístroje - „kladivo“ narazí definovanou energií na povrch betonu a odrazí se zpět. Velikost odrazu je závislá na tvrdosti betonu. Pomocí přepočtového diagramu sestávajícího ze tří křivek, které odpovídají třem základním směrům rázu, tj. nahoru, dolů, nebo vodorovně - se určuje pevnost v tlaku v N/mm2. Pro stanovení optimálního průběhu těchto křivek bylo v různých laboratořích a zkušebních ústavech proměřeno na 20 000 betonových kostek. Protože se při těchto zkouškách beton vůbec neporuší, nebo se poruší jen tak málo, že tím není narušena funkce zkušebního tělesa, dílce nebo konstrukce, patří tato zkouška mezi tzv. „nedestruktivní“ metody zkoušení betonu.
Srovnání s jinými metodami
Výsledkem měření Schmidtovým kladívkem je tzv. „pevnost betonu v tlaku s nezaručenou přesností (Rbe)“. Tuto pevnost je možno porovnat s tzv. „krychelnou pevností betonu“, zjišťovanou laboratorně stlačováním zkušebních krychlí, které byly zhotoveny současně s výrobou příslušné betonové konstrukce. Tato metoda vypovídá však spíše o kvalitě použité betonové směsi, než o kvalitě betonové konstrukce z ní vyrobené. Další metodou zkoušení kvality betonu jsou ultrazvuková měření. Zatímco při měření Schmidtovým kladívkem se jedná o povrchové měření na konkrétním místě, ultrazvukovým přístrojem lze měřit čas, který potřebuje ultrazvukový signál k průchodu celou vrstvou betonu a tím posuzovat kvalitu betonového prvku v celém průřezu. Je sice vypracovaná kombinovaná metoda složená z měření Schmidtovým kladívkem a ultrazvukovým přístrojem, která dává přesnější výsledky, avšak u podlah je nevýhodou, že lze ultrazvukem provádět pouze tzv. nepřímé měření (tj. na ploše), čímž je potlačen vlastní efekt kombinované metody. V ČSN 73 1373 jsou uvedeny ještě další tvrdoměrné metody (např. Waitzmannovo kladívko, kuličkový a špičákový tvrdoměr), avšak tyto se již v praxi zpravidla nepoužívají.
Čtěte také: Metody zkoušení cementu v tlaku
Typy Schmidtových kladívek
Existují různé modely Schmidtových kladívek, které jsou určeny pro specifické použití:
- Model N: Základní typ používaný v rozsahu krychelné pevnosti 10 až 70 MPa v normálním pozemním a mostním stavitelství.
- Model L: Typ se sníženou rázovou energií (cca 1/3) oproti modelu N, používaný v rozsahu krychelné pevnosti 10 až 70 MPa. Tímto modelem se zkouší tenkovrstvé stavební prvky a konstrukce s tloušťkou pod 100 mm, aby se zabránilo vzniku rázem vyvolaných vibrací, které by ovlivnily naměřené hodnoty. Vhodný pro měření tenkovrstvých betonových potěrů.
- Model P: Typová řada určená pro zkoušení stavebních materiálů s nízkou tvrdostí a pevností a pro zkoušení počátečních pevností malt.
- Model M: Speciální masivní model s rázovou energií 13x větší než u modelu N, zpravidla pro kontrolu betonu s velikostí zrna nad 32 mm.
Modely N a L se dodávají i v modifikaci s registračním zařízením, které zaznamenává naměřené hodnoty na registrační pásce. Odpadá tím nutnost zaznamenávání či diktování naměřených hodnot a hlavně nebezpečí vzniku chyb při přenosu. Zkouška tak zabere míň času, odstraní se nebezpečí vzniku chyby z odečítání a kromě toho zůstane ve formě registrační pásky zachován dokument, který může i dodatečně poskytovat informace o výsledcích zkoušek. Pro větší četnosti měření se pak již vyplatí zvážit pořízení tvrdoměru DIGI-SCHMIDT (v provedení N, nebo L), kde navíc vnitřní programové vybavení obsahuje již výše zmíněné převodní křivky (lze doplnit i vlastními speciálními) a na displeji jsou zobrazeny naměřené hodnoty.
Postup měření Schmidtovým kladívkem
Volba a úprava zkušebních míst
Beton se zkouší na vybraných zkušebních místech, která se volí tak, aby svým rozložením a počtem reprezentovala zkoušenou plochu betonu. Rozložení zkušebních míst je uvedeno v ČSN EN 12504-2, kterou byla nahrazena původní česká norma ČSN 73 1373. Tato zkušební místa se označují a zakreslují do zkušebních protokolů a zprávy o provedené zkoušce. Velikost zkušebních míst musí být taková, aby se na nich dal provést potřebný počet měření vzájemně dostatečně vzdálených. Beton ve zkušebních místech musí být stejnoměrný, bez štěrkových míst. Před vlastním měřením se vybroušením za sucha pomocí brusného kamene odstraní na zkušebních místech zkarbonatovaná vrstva betonu (cementové mléko). Tímto je beton připraven k provedení měření. Uvedená norma předepisuje, že před každým měřením se mají provést alespoň 3 rázy nanečisto, aby se ověřila správnost funkce přístroje. Před každou sérií zkoušek na povrchu betonu se musí tvrdoměr ověřit na kalibrační kovadlině, stejně tak po ukončení zkoušení.
Způsob měření
Razník tvrdoměru se přiloží na zkušebním místě kolmo na povrch betonu, přičemž se celý tvrdoměr stlačuje plynulým pohybem, až se vyvodí ráz. V tomto okamžiku je uvnitř tvrdoměru proti razníku vrženo silou pružiny nárazové závaží, které je po úderu odmrštěno určitý úsek zpět. Velikost úseku ukáže ručička na stupnici. U základních modelů N a L se po každém rázu zjištěná hodnota zapíše, u registračních modelů postačí mít předem stanovený plán rozmístění zkušebních míst měření, kontrolovat pouze, zda naměřené hodnoty nepřevyšují stanovený rozptyl a odečíst je např. až po skončení měření v kanceláři. Na každém zkušebním místě se provede nejméně devět čtení.
Vyhodnocení měření
Ze všech platných měření na jednom zkušebním místě se vypočte podle originálního znění normy ČSN EN 12504-2 medián (v českém překladu chybně uvedena střední hodnota). Jestliže více než 20% všech čtení se liší od hodnoty vypočteného mediánu o více než 6 jednotek, pak celá sada čtení musí být zamítnuta. Pevnost betonu zjistíme odečtením z převodního diagramu, nebo tabulky pro příslušný typ tvrdoměru a zaokrouhlíme ji na celé číslo. Zjištěné hodnoty uvedeme do tabulky, která je součástí zkušebního protokolu. Ten musí obsahovat veškeré potřebné náležitosti pro přesnou identifikaci míst měření, tabulku naměřených a přepočtených hodnot včetně dalších předepsaných formálních náležitostí jako jsou datum, čas, podmínky prostředí (teplota, vlhkost), zachování postupu uvedeného normou.
Čtěte také: Proces tvrdnutí betonu
Faktory ovlivňující výsledky měření
Pro získání spolehlivých výsledků je klíčové vyvarovat se několika běžným chybám a respektovat omezení metody:
- Použití pro nevhodné materiály: Schmidtovo kladívko je určeno pouze k měření obyčejného hutného betonu, který je zhotoven z běžně používaného kameniva s objemovou hmotností zrn větší než 2500 kg/m3 a z portlandského cementu. Z tohoto důvodu je nevhodné použití této metody například pro měření pevnosti v tlaku betonových podlah s finální úpravou.
- Nedostatečná příprava povrchu: Zvláště u betonů se silnou vrstvou vyplaveného cementového mléka je měření zcela znehodnoceno. To se týká i betonových podlah zasypaných začerstva cementem a zahlazených, tzv. „gletovaných“ podlah. Pokud provedeme měření na této vrstvě, zjistíme vysoké pevnosti, které neodpovídají skutečnosti.
- Měření na štěrkovitém betonu: Pokud provedeme zkušební měření na kamenivu, zaznamenáme vysokou hodnotu, která však neodpovídá pevnosti betonu.
- Měření na extrémně tenkých plovoucích potěrech: Pokud se měření provádí na potěru, jehož tloušťka se pohybuje kolem 2-4 cm, který zároveň není pevně spojen s podkladem („dutá místa“), nelze tuto metodu použít. Tenká vrstva potěru pod úderem razníku Schmidtova kladívka pruží a zjištěná hodnota následně neodpovídá skutečnosti. Takováto měření doprovází charakteristický „dutý“ zvuk a na ukazateli se obvykle neukáže žádná hodnota.
- Nezanedbaná údržba přístroje: Vzhledem k podmínkám, v jakých se Schmidtovo kladívko používá, zejména vysoké prašnosti na stavbách, je nutné ho podle četnosti používání dávat čistit a seřizovat v autorizovaném servisu. Nedoporučuje se provádět demontáž a čištění vlastními silami, neboť po sestavení není možnost správného seřízení a kontroly měřených hodnot na stanovené metrologicky navázané kovadlině. V žádném případě se nesmí při údržbě přístroje používat oleje, nebo tuky - jejich použití má za následek spolu s prachem z provozu vznik brusné pasty, následné zkreslování naměřených hodnot až zadření. Tvrdoměrné kladívko SCHMIDT bylo původně podle zákona č. 505/1990 Sb. o metrologii vedeno jako stanovené měřidlo s předepsanou lhůtou metrologického ověřování 1 rok. V současné době je již ze stanovených měřidel vyjmuto. Toto měřidlo se nyní kalibruje, uživatel si stanovuje kalibrační lhůty sám.
- Nekvalifikovaná obsluha: Také kvalifikace pracovníka provádějícího zkoušku je velmi důležitá. Ten musí umět posoudit, zda na stanoveném místě lze provést po řádné úpravě povrchu plnohodnotné měření, musí s citem dodržovat vždy kolmý směr tvrdoměru k povrchu měřeného místa a pevné přitlačení k povrchu, aby nedošlo k odskočení celého přístroje.
Správné použití Schmidtova kladívka vyžaduje dodržování stanovených postupů a pochopení jeho omezení, což zajistí spolehlivé výsledky pro posouzení pevnosti betonu.
Čtěte také: Pevnost betonu v tlaku
tags: #lkadivko #na #zkousku #pevnosti #betonu #informace