Pevnost betonu (Stress strength of concrete) je velikost napětí dosaženého v místě porušení při zániku celistvosti betonu. Jednodušeji řečeno, je to pevnost betonu, při které se zkušební těleso poruší. Tato pevnost je klíčovým parametrem, který určuje, jak dobře bude materiál odolávat tlakovým silám, které na něj působí. V architektuře a stavebnictví je tato pevnost ztělesněním odolnosti a trvanlivosti, a proto je tak důležité ji správně definovat a klasifikovat.
Klasifikace pevnosti betonu
Beton a jeho klasifikace, jak ji stanovuje norma PN-EN 206.2014, rozděluje tento stavební materiál do několika tříd na základě jeho schopnosti odolávat tlakovému zatížení. Dříve se pevnostní třída betonu označovala velkým písmenem B a číslem podle normy ČSN 732400. Tato norma už je však zastaralá a nepoužívá se. Místo ní platí od 1. 7. 2014 norma ČSN EN 206.
Označení pevnostních tříd
Nové označení pevnostních tříd betonu se skládá z písmene "C" a dvou čísel, například C20/25. "C" v C20/25 označuje slovo "Concrete", což je v angličtině slovo beton. Čísla za "C" nám říkají, jak silný beton je. První číslo (např. 20 v C20/25) říká charakteristickou pevnost v tlaku na válcových vzorcích o průměru 150 mm a délce 300 mm. Druhé číslo za lomítkem (např. 25 v C20/25) je pevnost při stlačení krychlového vzorku o délce hrany 150 mm. Díky optimálnímu rozložení napětí mají krychlové vzorky vyšší pevnost. Vyšší číslo značí beton s vyšší pevností v tlaku.
V reálných podmínkách však konstrukční prvky často nemají tak ideální geometrii, což znamená, že pevnost určená na základě válcových vzorků poskytuje realističtější hodnoty pro praktické aplikace. Podle starého označení byl jeden z nejpoužívanějších typů beton B20. Betonová směs označená písmenem B je starší metoda měření, která byla založena na krychlových vzorcích. Například současná třída C8/10 odpovídá staršímu označení B10 a třída C25/30 zase B30. Na mnoha staveništích se stále používá toto starší značení.
Výběr správné pevnostní třídy
Vybírání správné pevnostní třídy betonu není jen o splnění minimálních standardů; jde o zajištění dlouhodobé bezpečnosti a odolnosti vaší konstrukce. Pokud budujete něco, co nebude nést mnoho váhy, jako je malý zahradní chodníček, bude Vám stačit beton s nižší pevností. Pro základy běžných rodinných domů na rovinatých pozemcích je zpravidla dostačující beton C12/15 nebo již zmíněný C16/20, beton na základovou desku bývá o třídu vyšší a pro monolitické stropy je nutné využít pevnostní třídu minimálně C20/25.
Čtěte také: Více o pevnosti betonu
| Pevnostní třída (ČSN EN 206) | Staré označení (ČSN 732400) | Příklady použití |
|---|---|---|
| C8/10 | B10 | Méně náročné aplikace, zahradní chodníčky |
| C12/15 | B15 | Základy běžných rodinných domů |
| C16/20 | B20 | Základy běžných rodinných domů |
| C20/25 | B25 | Monolitické stropy, základové desky |
| C25/30 | B30 | Náročnější konstrukce |
| C50/60 | - | Velmi pevné konstrukce |
Expoziční třídy
Při výběru betonu je kromě pevnostní třídy klíčové zohlednit i podmínky, ve kterých bude beton použit. Expoziční třídy, které klasifikují účinky různých environmentálních podmínek na beton, železobeton a zapuštěné kovové části, jsou rovněž důležité. Tyto třídy nejsou zahrnuty do běžných výpočtů zatížení, ale mají zásadní vliv na složení, ze kterého je beton vyroben, výběr ochranných opatření a limitní hodnoty pro šířku trhlin. Správný výběr betonové směsi tedy vyžaduje pečlivé zvážení obou aspektů - pevnostní třídy pro zajištění strukturální integrity a expoziční třídy pro odolnost vůči vnějším vlivům.
Stanovení smykové únosnosti betonu
Podle normy EN 1992-1-1
Posouzení smykové únosnosti je prováděno dle kapitoly 6.2 normy EN 1992-1-1. Únosnost prostého betonového průřezu ve smyku VRd,c je stanovena dle odstavce 6.2.2(1). Únosnost svislé smykové výztuže je dána vztahem (6.8). Pro smykovou výztuž skloněnou pod úhlem α je únosnost dána vztahem (6.13). Maximální únosnost tlačených diagonál je dána vzorcem (6.9).
Podle normy ACI 318-19
Se zavedením normy ACI 318-19 byly nově upraveny dlouhodobě používané vztahy pro stanovení smykové únosnosti betonu Vc. Při novém postupu se nyní uvažuje vliv výšky stavebního dílce, stupeň podélného vyztužení i vliv normálového napětí na únosnost ve smyku Vc. V předchozí normě ACI 318-14 je stanoveno osm rovnic pro výpočet smykové pevnosti Vc - bez zohlednění aplikačních mezí. Cílem nové koncepce v ACI 318-19 bylo mimo jiné redukovat rovnice pro návrh Vc. U nepředpjatých železobetonových nosníků se únosnost ve smyku Vc počítá podle ACI 318-19 pomocí rovnic a) až c) z tabulky 22.5.5.1. Nové rovnice b) a c) uvažují vliv výšky stavebního dílce, stupně podélného vyztužení a vliv normálového napětí na smykovou únosnost Vc. Stanovení smykové únosnosti Vc podle tabulky 22.5.5.1 závisí na vložené smykové výztuži Av. Norma ACI 318-19 zavedla nový koncept pro stanovení smykové únosnosti Vc. Podařilo se přitom omezit počet možných návrhových rovnic z předešlých verzí na tři rovnice a vzít přitom v potaz vliv normálového napětí, výšky stavebního dílce a stupně podélného vyztužení.
Interlaminární smyková pevnost FRP výztuže - experimentální studie
V článku je představena upravená konfigurace zkoušky podélného smyku kompozitních prutů vycházející z normy ASTM D 4475. Cílem experimentálního programu je ověření možnosti použití zkoušky tříbodovým ohybem k hodnocení kvality pryskyřice a kontaktu pryskyřice/vlákno. Studie se zaměřuje na stanovení vlivu vzdálenosti podpor zkušebního zařízení na vypočtenou pevnost v podélném smyku.
Metodika zkoušky
Kromě zkoušky příčným smykem (střihem) je možné určit charakteristiky matrice, a především kontaktu matrice/vlákno pomocí zkoušky interlaminárního (podélného) smyku. Podstatou této zkoušky je vyvození takového stavu napětí, při kterém v prutovém vzorku dojde k usmyknutí jednotlivých vrstev (vytvoření podélné trhliny rovnoběžné se směrem vláken - tj. kolmo na směr zatěžování). Konfigurace zatěžovací zkoušky a její provedení je uvedeno v normě ASTM D 4475, kdy je tato zkouška provedena jako tříbodový ohyb s velmi krátkým rozponem vzorku mezi podporami (v rozmezí 3-6 průměrů zkušebního vzorku).
Čtěte také: Vývoj pevnosti betonu
Výhodou zkoušky interlaminárního smyku je testování na velmi malých vzorcích, nízká časová náročnost (předepsaná doba zkoušky se musí pohybovat mezi 20 až 200 sekundami) a také absence dalších zařízení, která jsou používaná jednorázově. Konfigurace zkoušky uvedená v ASTM D 4475 byla modifikována. Válečky byly nahrazeny zahnutou tyčovou ocelí s vnitřním poloměrem ohybu shodným s poloměrem testované výztuže.
Vliv alkalického prostředí a vzdálenosti podpor
Matrice kompozitních prutů hraje důležitou roli při ochraně nosných vláken před okolním agresivním prostředím, a především pomáhá přenášet napětí mezi jednotlivými vlákny. Kvalita matrice však může být v průběhu životnosti konstrukce výrazně ovlivněna působením alkalického prostředí. Charakteristiky pryskyřice jsou ve velké míře ovlivněny působením alkalického prostředí. Odolnost pryskyřice a kontaktu pryskyřice/vlákno vystavené těmto vlivům byla pomocí řešené zkoušky rovněž určena.
Pro určení vlivu zásaditého prostředí na degradaci byly některé vzorky uloženy po definovaný čas v alkalickém roztoku, který byl připraven dle CSA S806-12 ve složení 118,5 g Ca(OH)2, 0,9 g NaOH a 4,2 g KOH v 1 litru deionizované vody. Roztok dle [6] simuluje prostředí betonu. Pro zvýšení rychlosti degradace byl roztok temperován. Hodnoty pH se u všech sledovaných uložení vzorků pohybovaly v intervalu 12,66-12,97. Z obrázku 4 je také patrný vliv alkalického prostředí na kvalitu matrice, resp. kontaktu matrice s vláknem. Již po krátkém časovém intervalu, po který byla výztuž s epoxidovou matricí vystavena působení degradačnímu prostředí, nastal úbytek v interlaminárním smyku až o 4 %. Při teplotě zásaditého roztoku 40 °C docházelo u všech testovaných sad k nárůstu pevnosti v interlaminárním smyku až o 6 %. Při této teplotě se zřejmě matrice dále vytvrzuje. Vzorky s vinyl esterovou matricí vykazují obdobné chování jako vzorky s epoxidovou matricí. Tyto vzorky byly vystaveny degradačnímu prostředí po dobu 650 dní, což způsobilo úbytek interlaminární pevnosti až o 11 %.
Kromě vlivu zásaditého prostředí na smykovou únosnost byl stanoven vliv vzdálenosti podpor. K tomuto účelu byly testovány sady o rozpětí podpor v celém doporučeném rozsahu, tedy 3d-6d. Je patrný značný vliv vzdálenosti podpor na výsledné vypočítané napětí v podélném smyku. Při zvyšování rozpětí podpor se zřejmě začíná projevovat také vliv normálového napětí od ohybového momentu. Rozdíl v interlaminární smykové pevnosti mezi minimálním doporučeným rozpětím podpor (3d) a maximálním doporučeným rozpětím (6d) je více než 20 %.
Výsledky a závěry
Upravená konfigurace zkoušky umožňuje experimentálně stanovit interlaminární smykovou pevnost FRP výztuží. K porušení v naprosté většině případů dochází požadovaným způsobem, tedy vytvořením smykové trhliny rovnoběžné se směrem vláken. Jelikož není velikost posouvající síly, a tudíž i smykového napětí závislá na vzdálenosti podpor a nefiguruje ve vztahu pro výpočet interlaminární smykové pevnosti, mělo by být rozpětí podpor vždy uvedeno při uvedení interlaminární smykové pevnosti výztuže. Testováním degradovaných výztuží bylo ověřeno, že se kvalita matrice, resp. kontaktu matrice/vlákno projevuje snížením interlaminární smykové pevnosti. Tato zkouška je tedy vhodná jako výstupní kontrola kvality matrice.
Čtěte také: Beton: prvních 24 hodin
tags: #pevnost #beton #v #smyku #informace