Pevnost betonu je klíčovou vlastností, která určuje jeho schopnost odolávat zatížení. Jednoduše řečeno, je to velikost napětí, které beton snese, než dojde k jeho porušení. Tato vlastnost se zjišťuje zkouškami, které se provádějí na zkušebních tělesech a podle jejich tvaru rozlišujeme pevnost v tlaku krychelnou nebo válcovou.
K rozdělení betonu do tříd podle pevnosti v tlaku se používá tabulka 7 normy ČSN EN 206+A2 pro obyčejný a těžký beton a tabulka 8 téže normy pro lehký beton. Pevnost v tlaku fck,cyl se stanovuje po 28 dnech na válcích o průměru 150 mm a délce 300 mm, nebo fck,cube na krychlích o délce hrany 150 mm.
Vláknobeton a jeho vlastnosti
Beton patří ke kompozitním materiálům s výrazně rozdílnými pevnostmi v tlaku a tahu. Pevnost v tahu je obvykle pouze kolem 1/10 pevnosti v tlaku. Zvýšení pevnosti betonu v tahu je možné přidáním drátků do betonu.
Drátkobeton patří do širší skupiny vláknobetonů. Vláknobeton existuje v celé řadě variant, které se liší použitým materiálem a tvarem vláken. V některých případech je výhodnější využití drátkobetonu ve srovnání s prostým betonem nebo železobetonem. Jedná se zejména o návrh průmyslových podlah a základů. V případě návrhu těchto konstrukcí je potřebný podrobný popis materiálových vlastností drátkobetonu.
Vlastnosti drátkobetonu se prokazují zejména laboratorními zkouškami. Mechanické vlastnosti ovlivňuje kromě množství drátků také technologie zpracování, ošetřování a uložení.
Čtěte také: Návrhová pevnost betonu v tahu
Zkoušení pevnosti drátkobetonu
Testování pevnosti betonu v jednoosém tahu je však náročné a často vzniká rozptyl naměřených hodnot. Mezi obvyklejší metody zkoušení patří testování pevnosti v tahu za ohybu. Zde však existuje celá řada variant. Konfigurace testů se liší rozměry zkušebních vzorků, metodou zkoušení a úpravou vzorků. Jedná se zpravidla o tříbodové nebo čtyřbodové zkoušky, vzorky se často upravují s vrubem do 1/3 výšky průřezu nebo alternativně 25 mm.
Při podrobnějším popisu mechanických vlastností drátkobetonu patří mezi časté problémy, že experimentální programy a zkoušky se zaměřují na vybranou materiálovou vlastnost. Vzniká zde také otázka homogenity a rozptylu naměřených hodnot. Tyto faktory následně komplikují použití naměřených materiálových vlastností pro numerické simulace skutečného chování konstrukčních prvků.
Experimentální program
Laboratorní program zkoušení byl rozdělen do čtyř částí. Zkušební série zahrnují vzorky bez drátků a vzorky s drátky s dávkováním drátků 25, 50, 75 kg/m3. Základní konfigurace jednotlivých zkoušek je patrná na obr. 2 až 4.
Pevnost betonu v tlaku je základní mechanickou vlastností, která se určuje na krychlích 150×150×150 mm nebo válcích průměru 150 mm a výšky 300 mm. kde fc,cube je krychelná pevnost v tlaku a fc válcová pevnost v tlaku. Výsledky zkoušek pevnosti v tlaku uvádí tab. 3 a 4. Rozptyl hodnot koeficientu je v intervalu od 0,79 do 0,89.
Použitím vláken v betonu jsou ovlivněny především takové vlastnosti. Mezi nejrozšířenější způsoby testování pevnosti v tahu patří zkouška v příčném tahu. Je možné využít zkušebních těles ve tvaru krychle nebo válce. S ohledem na kapacitu laboratoře a provádění zkoušek bylo pro testování využito krychlí.
Čtěte také: Více o pevnosti betonu
kde Pmax je maximální zatížení, l délka dotykové přímky tělesa a d je zvolený příčný rozměr tělesa. Z výsledků testů je patrný nárůst pevnosti v tahu u vzorků s obsahem drátků. Pevnost v tahu se zvětšila o necelý 1 MPa, to je přibližně o 50 %. Nárůst tahové pevnosti u vyztužených vzorků je však už velice malý.
Mezi další běžné zkoušky patří tříbodový a čtyřbodový ohyb. Existují různé konfigurace, které se liší především rozpětím podpor, polohou zatížení nebo hloubkou zářezu. V rámci experimentálního programu byly vybrány čtyři varianty a každá zkouška se prováděla vždy pro dva vzorky.
Výpočet pevnosti v tahu je ovlivněn předpokladem rozložení napětí po průřezu a nelineárním chováním betonu. kde Pmax je maximální zatížení; L, b a h jsou rozměry: rozpětí, šířka a výška průřezu a výška zářezu je a0.
Pro testování jsou zvoleny dvě varianty zkoušek. Zkouška označená 3B600 je pro trámec nominální velikosti 150×150×700 mm, rozpětí 600 mm a průřez má zářez vysoký 50 mm. V případě této zkoušky je lokalizováno místo vzniku trhliny. Druhá varianta označená 3B500 je pro trámec nominální velikosti 150×150×600 mm a rozpětí 500 mm. Místo vzniku trhliny se v tomto případě lokalizuje pod silou v místě, kde je nejmenší pevnost. Souhrnně jsou výsledky uvedeny v tab. 6, graficky jsou výsledky prezentovány na obr.
Z provedených zkoušek je možné stanovit funkční závislost mezi množstvím drátků v betonu x a pevnosti v tahu za ohybu.
Čtěte také: Vývoj pevnosti betonu
K častým zkouškám zaměřených na tahovou pevnost patří také čtyřbodová zkouška na ohyb. Využívá se také například v doporučení/standardu [11]. V rámci experimentálního programu jsou opět navrženy také dvě varianty 4B600 a 4B500.
kde Pmax je maximální zatížení; L, b a h jsou rozměry: rozpětí, šířka a výška průřezu a e je vzdálenost mezi podporou a silou.
Zkouška označená 4B600 je pro trámec nominální velikosti 150×150×700 mm a rozpětí 600 mm. Vzdálenost mezi podporami a silami je 200 mm. Vznik trhliny se lokalizuje u dolního povrchu trámce mezi silami. Druhá varianta čtyřbodové zkoušky na ohyb je označená 4B500 a je určena pro trámec nominální velikosti 150×150×600 mm a rozpětí 500 mm. Zkouška se liší od předchozí umístěním sil. Souhrnně jsou výsledky uvedeny v tab. 7, graficky jsou výsledky prezentovány na obr. 9 a 10.
Z provedených zkoušek je možné stanovit funkční závislost mezi množstvím drátků v betonu x a pevnosti v tahu za ohybu.
Zkoušení pevnosti v jednoosém tahu je náročné. Vzniká zde často velký rozptyl naměřených hodnot. Zkouška je citlivá na okrajové podmínky a to zejména na uchycení zkušebního tělesa. Právě tato mechanická vlastnost je však vyžadována jako fundamentální při využití pokročilých numerických simulací a analýz. Zkoušky pro určení tahové pevnosti v ohybu nebo pevnosti v příčném tahu je však možné využít k dopočtu pevnosti v jednoosém tahu pomocí známých vztahů, které jsou ověřeny na velkém množství experimentů. U betonu nižších pevností se doporučuje volit součinitele u dolní hranice.
Vyhodnocením zkoušek krychelné a válcové pevnosti v tlaku je možné velmi dobře rozlišit příznivý vliv drátků. Pevnost v tlaku však velmi výrazně závisí také na orientaci vláken a ta může mít za následek, že výsledná pevnost v tlaku s množstvím přidaných drátků klesá. Tento problém je možné také nalézt u jiných experimentálních programů. Výsledný přepočtový koeficient 0,83 mezi krychelnou a válcovou pevností je v dobré shodě s doporučeními, které nejčastěji uvádějí hodnotu 0,85.
Zkoušky v příčném tahu velmi dobře ilustrují vliv drátků na růst tahové pevnosti, a to i při množství drátků 25 kg/m3. S větším množství drátků však také roste rozptyl naměřených hodnot tahových pevností. Zejména to platí pro směs s drátky 75 kg/m3. Porovnáním výsledných funkční závislostí mezi tří a čtyřbodovou ohybovou zkouškou se ukázalo, že nižší hodnoty mají tahové pevnosti čtyřbodové zkoušky. Důvodem je větší oblast, kde se tahová trhlina může lokalizovat.
Předložený článek prezentuje vybrané možnosti zkoušení a určení pevností v tahu pro drátkobebeton založený na běžném betonu nižší třídy. Experimentální program zahrnuje čtyři série vzorků pro beton a drátkobeton s dávkováním drátků 25, 50, 75 kg/m3. K určení pevnosti v jednoosém tahu se využívá více zkoušek. Jedná se o ohybové zkoušky a zkoušky v příčném tahu. Pro získané hodnoty tahové pevnosti jsou stanoveny funkční závislosti s ohledem na množství drátků. Získané funkce velice dobře vystihují rostoucí trend tahové pevnosti. Výsledné rozdíly v tahových pevnostech pro odlišné zkoušky je možné považovat za malé.
Vývoj norem v oboru betonového stavitelství
V článku je představen systém norem v oboru beton definovaný v normě ČSN EN 206+A2. V posledních dvou letech prošla vývojem řada norem v oboru betonového stavitelství. Do systému těchto norem patří dle schématu v základní výrobkové normě EN 206+A2 kromě této normy dále normy, které se na základní normu odvolávají (normy návrhové a prováděcí), normy v základní normě citované (normy materiálové, zkušební postupy) a normy navazující. V letech 2019 a 2021 byly vydány nové či revidované normy jak v oblasti návrhu, materiálu či zkušebnictví oboru betonového stavitelství.
Norma byla vydána jako česká verze EN 1990:2002 včetně změn a oprav. Nahradila ČSN EN 1990 z května 2015. K této normě, vydané v listopadu 2019 byl vydán v listopadu 2020 Národní dodatek ČSN EN 1992-1-1 NA ed.A, a to v jazyce anglickém. Norma byla převzata v jazyce anglickém v roce 2018 a v srpnu 2019 vyšel její český překlad. Norma prakticky reflektuje předchozí verzi ČSN EN 206+A1 z roku 2017. byla vydána v prosinci 2021 jako revize předchozího znění z ledna 2016. Kromě edičních úprav došlo k doplnění definice ultra-vysokohodnotného betonu a doplnění tabulky jeho pevnostních tříd (tab. 1). Dále byla doplněna informativní příloha N2 Hodnocení trvalé udržitelnosti betonu včetně koeficientu trvalé udržitelnosti a jeho definice. Charakteristická pevnost ultra-vysokohodnotného betonu v tlaku (tab. 1) v tlaku je válcová pevnost na tělese výšce 200 mm a průměru 100 mm, tlačené plochy upravené broušením. Kontrolní zkoušky mohou být provedeny na krychlích o hraně 100 mm. Indikátor trvalé udržitelnosti je definován jako nástroj umožňující hodnocení, porovnávání a výběr z variant složení betonu pro výrobu z hlediska udržitelnosti.
Tato nová norma byla vydána v září 2021 jako česká verze normy evropské. Norma není harmonizována a doplňuje sortiment typů cementu dosud uváděný v ČSN EN 197-1. Vzhledem k datu svého vydání ještě není citována v základní betonářské normě ČSN EN 206+A2 jako standard uvádějící automaticky povolené vstupní materiály pro výrobu betonu. Zejména části 10 až 18 jsou velmi aktuální. V současnosti stále roste snaha o používání recyklovaných plniv (kameniva) a směsných cementů s menší „uhlíkovou stopou“. Tyto postupy pak mohou přispět k porovnání životnosti betonu s dosud majoritně používanými materiály (přírodní kamenivo, CEM I) a betony nové koncepce. Tím je možné lépe hodnotit a nastavit cestu k „udržitelnému betonu“.
Norma je rozsáhlou zásadní revizí předchozí verze normy z roku 2007. Kromě placeného přístupu k ČSN prostřednictvím portálu České agentury pro standardizaci je v současnosti umožněn přístup k českým technickým normám, které jsou pro účely uvedené ve zvláštním právním předpisu závazné, prostřednictvím portálu „Sponzorovaný přístup k ČSN“ Sponzorovaný přístup k ČSN (agentura-cas.cz). Přístup je umožněn koncovým uživatelům takovýchto norem na základě registrace způsobem umožňujícím dálkový přístup. Pokud se týká norem v oboru betonového stavitelství, jde zatím jen o základní určenou ČSN EN 206+A2.
Jak je z přehledu aktuálního stavu standardů uvedených v článku, prochází systém norem v oboru beton v posledních letech poměrně turbulentním vývojem. Ve finální fázi je příprava revize EN 1992-1-1 Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí - Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. Nově implementovaná pravidla navrhování konstrukcí s ohledem na udržitelnost se jistě následně budou promítat zejména do výrobkových norem.
Rychlost, s jakou jsou novelizovány normové předpisy, ztěžuje orientaci v těchto předpisech a může působit obtíže jejich uživatelům.
tags: #pevnost #betonu #v #tahu #definice