1. VÝVRTY: ODBĚR, VYŠETŘENÍ A ZKOUŠENÍ V TLAKU Problematika vývrtů ze ztvrdlého betonu je řešena normou zejména v ČSN EN 12504-1 [1]. Vývrty získané jádrovým vrtákem jsou pečlivě vyšetřeny, upraveny buď zabroušením nebo koncováním a zkoušeny v tlaku normovým postupem. 1.1. Odběr vývrtů Odběr vývrtu představuje vždy značný zásah do konstrukce, a proto je před vlastním provedením vývrtů nezbytné plně zvážit účel zkoušení a hodnocení výsledných údajů: A. Počet vývrtů vychází z velikosti a členitosti zkoumané konstrukce [ČSN 73 2011]. B. Průměr vývrtů by obecně měl být co nejmenší, na druhé straně musí respektovat strukturu betonu a normu stanovující přípustné rozměry zkušebních těles [103]. Pokud je velikost maximálního zrna kameniva (nikoliv frakce!) větší než 1/3 průměru vývrtu, má to značný vliv na zjištěnou pevnost. Norma [1] však odběr takových vzorků přímo nezakazuje, naopak je nepřímo povoluje uvedením odkazu na informativní přílohu, ve které jsou uvedeny výsledky srovnávacích testů pevnosti v tlaku na tělesech o průměru 100 mm, 50 mm a 25 mm. C. Délka vývrtu určeného pro zkoušku pevnosti v tlaku vychází z: Průměru vývrtu; Možného způsobu úpravy; Zda se má provést srovnání s krychelnou nebo válcovou pevností. D. Umístění vývrtů na konstrukci se volí v návaznosti na konstrukční důsledky: Vývrty mají být přednostně odebírány v místech s minimálním výskytem výztuže; Odběr se provádí tak, aby nebyl v blízkosti spár nebo hran betonových prvků. E. Označení a identifikace probíhá ihned po ukončení vrtání kdy se na vývrt označuje typ vrtaného prvku, umístění a orientace vrtu. Obr. 1.1 Odběr vzorku betonu jádrovým vrtáním z nosného sloupu. Obr. 1.2 Upravené zařízení firmy Controls pro odběr mikrovývrtů o průměru 28 mm. 1
1.2. Vyšetření vývrtů 1.2.1. Měření vývrtů Vyšetření vývrtů se provádí vizuálně pro stanovení všech možných odchylek. Pro vyšetření se provádí následující měření: Průměr vývrtu d m - měření probíhá s přesností ±1% dvojím vzájemně kolmým měřením v polovině a čtvrtinách délky vývrtu; Délka vývrtu je nutné změřit maximální a minimální délku s přesností ±1% po odběru a po úpravě koncováním; Výztuž měří se průměr a velikost případné výztuže, poloha. Měření se provádí od středu obnaženého prutu výztuže ke konci nebo k ose vývrtu. Měření se provádí s přesností na 1mm po odběru vývrtu a koncování. 1.2.2. Popis vývrtů Pro následné zkoušky se vývrty nejprve označí nesmazatelně na každé jejich části. Dále se všechny části přiloží k sobě a vyznačí se nesmazatelně hloubka od povrchu konstrukce pomocí čar. První čára jde přes celou délku vývrtu, druhá začíná v hloubce 100 mm, třetí v hloubce 200 mm atd. až do konce vývrtu viz. obr. 1.3. Tím zajistíme, že u každého vyřezaného zkušebního tělesa budeme přesně znát jeho uložení v původní konstrukci. Obr. 1.3 Způsob nesmazatelného označení jádrového vývrtu. Při popisu vývrtu sledujeme zejména tyto vlastnosti: Druh, tvar, množství a maximální velikost hrubého kameniva; Barva a charakter tmelu (šedá barva svědčí o vyšším množství cementu, béžová či hnědá naopak může znamenat nižší obsah pojiva; rezavá barva indikuje možné použití hlinitanového cementu, což může být pro stavbu nebezpečné!) Množství a velikost pórů, dutin a případně kaveren v betonu Množství, směr, hloubka, rozměry a druh výztuže. 2
1.2.3. Test karbonatace betonu Pro hodnocení kvality betonu má význam také fenolftaleinový test karbonatace betonu. Jedná se o jednoduchý chemický test, kdy povrch betonu ihned po odvrtání jádra nebo po rozdrcení zkušebního tělesa nastříkáme 1% roztokem fenolftaleinu rozpuštěného v etylalkoholu. Pokud je test pozitivní, tj. povrch betonu se zbarví fialovou barvou, má beton ph vyšší než 9,5 a není zkarbonatován (zdravý beton). Zcela zdravý beton je zásaditý a má ph přibližně 11,5 až 12. Pokud je test negativní, beton se nezbarví a má hodnotu ph nižší než 9,5. Negativní test ukazuje na pokročilou degradaci betonu, který ztrácí funkci pasivní ochrany výztuže proti korozi. 1.3. Úprava zkušebních těles Přednostní poměry délky vývrtu k průměru jsou: a) 2,0, jestliže se má pevnost porovnávat s válcovou pevností; b) 1,0, jestliže se má pevnost porovnávat s krychelnou pevností. Tělesa pro zkoušky pevnosti v tlaku betonu získáme řezáním na stolní pile s diamantovým kotoučem. Tlačné plochy, které by nesplnily požadavek na rovinnost, se upraví jedním ze způsobů podle ČSN EN 12390-1, např. cementovou maltou nebo sírou. Tělesa se ve stavu přirozeně vlhkém změří, zváží a následně zkouší v tlaku. Pokud je požadováno, aby zkušební tělesa byla ve stavu nasyceném, uloží se ve vodě o teplotě (20±2) C po dobu nejméně 40 hodin před zkoušením. Vývrty s trhlinami, dutinami nebo nepevnými konci se nezkouší. 1.4. Zpracování naměřených hodnot Stanoví se pevnost v tlaku u každého zkušebního tělesa, a to dělením maximálního zatížení průřezovou plochou, vypočtenou ze středního průměru. Výsledek se zaokrouhlí na nejbližší 0,5 MPa nebo 0,5 N/mm 2. Při zkoušce je nezbytně nutné zkontrolovat plochy porušení zkušebních těles viz. obr. 1.4. V případě, že porušení tělesa neodpovídá požadavkům dle ČSN 12390-3, je třeba výsledek zkoušky vyřadit. 3
Obr. 1.4. Přípustné a nepřípustné způsoby porušení na válcích (ČSN EN 12390-3). 4
1.5. Přepočty pevnosti v tlaku na tělesech jiných než normových rozměrů Při diagnostice často narážíme na problém, že není možné odebrat vývrty základních normových rozměrů. Dosažená pevnost v tlaku musí pak být přepočítána např. podle zásad ČSN 73 1317 a ČSN ISO 4012. Pro přepočet pevností na válcovou (základní válec o průměru 150 mm a výšce 300 mm) použijeme součinitel štíhlosti dle ČSN 73 1317 a součinitel průměru odvozený Stavebním ústavem ČVUT v Praze. Pro přepočet válcové pevnosti na krychelnou použijeme součinitel z normy ČSN 73 1317. Pevnost betonu v tlaku na válcích f c,cyl v MPa se vypočítá ze vztahu f = κ κ ccyl, ccy, cy, d F A Krychelná pevnost betonu (krychle o hraně 150 mm) f c,cu v MPa se určí ze vztahu f = κ f ccube, ccu, ccyl, Objemová hmotnost betonu ve stavu přirozeně vlhkém D r v kg/m 3 se vypočítá ze vztahu m D r = V kde F je nejvyšší dosažená síla při zkoušce v N; A je tlačná plocha zkušebního tělesa v mm 2 ; k c,cy je opravný součinitel pro štíhlost válce λ 2 (ČSN 73 1317); k cy,d je opravný součinitel pro průměr válce d 150 mm (Kloknerův ústav ČVUT); k cy,cu je součinitel pro přepočet válcové pevnosti vývrtů základních rozměrů na krychelnou pevnost zkušebních těles základních velikostí (ČSN 73 1317); V je objem tělesa v m 3 ; m je hmotnost dodaného vzorku s přirozenou vlhkostí v kg; 1.6. Zkoušení mikrovývrtů z betonu Norma ČSN EN 12504-1 umožňuje zkoušet i tělesa velmi malých rozměrů vzhledem k velikosti použitého kameniva. Ve své informativní příloze uvádí výsledky výzkumu na tělesech o průměru 25 mm, 50 mm a 100 mm při maximální velikosti zrn kameniva 20 mm a 40 mm. Tyto výsledky jsou uvedeny v tabelární a grafické formě. Tab.1.1 Poměr mezi pevností v tlaku na tělesech o průměru d a tělesech o průměru 100 mm Průměry Poměr f cd /f c,100 vývrtů d Ø Kamenivo max.20mm Kamenivo max 40mm 25 0,779 0,718 50 0,935 0,855 100 1,000 1,000 5
Kde Ø je průměr válce; 25, 50, 100 jsou velikosti jednotlivých průměrů válce v [mm]; f cd f c,100 pevnost betonu v tlaku na zkušebním tělese o Ø d mm; pevnost betonu v tlaku na zkušebním tělese o Ø 100 mm. Porovnání válcových pevností Poměr fc,d /fc,100 1 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 Kamenivo max.20 mm Kamenivo max.40 mm 0 25 50 75 100 Průměr válce v [mm] Obr. 1.5 Poměr mezi pevností v tlaku na tělesech o d a tělesech o 100 mm 1.7. Závěr V novém systému evropských norem je kladen větší důraz na odběr vzorků z konstrukce, zatímco v případě původní ČSN 73 2011 měly destruktivní zkoušky spíše doplňkový charakter. ČSN EN 12504-1 pak připouští zkoušení betonových těles velmi malých rozměrů, ovšem tím se zvyšuje nejistota měření. V případě, že budeme na mikrovývrty pohlížet jako na metodu částečně nedestruktivní a výsledky upřesníme alespoň na malém počtu standardních vývrtů, můžeme získat velmi přesné výsledky při minimalizaci poškození konstrukce. Metoda mikrovývrtů se rovněž jeví jako perspektivní v určitých speciálních případech diagnostiky železobetonových konstrukcí např. v silně vyztuženém betonu nebo při diagnostice tenkostěnných prvků, jako jsou, skořepiny, vazníky, trouby apod. Tento návod vznikl za podpory grantu Fondu rozvoje vysokých škol na rok 2005 č. 1799/G1 s názvem Zkoušení betonu v konstrukcích na vývrtech o malých průměrech. 6
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta stavební Ústav stavebního zkušebnictví 2005/2006 Diagnostika konstrukcí Jméno: Datum: Úloha: Zkoušky vývrtů z betonu Tabulka 1 Stanovení doby průchodu ultrazvukového vlnění napříč vzorkem č. Typ přístroje: Frekvence sond: khz Vzdálenost od ústí vrtu [mm] délka zákl. d [mm] doba šíření UZ vlnění T [µs] rychlost šíření UZ v uz [m/s] Tabulka 2 Charakteristiky zkušebních těles betonu ve stavu přirozeně vlhkém Označení materiál Poissonův průměr délka hmotnost objem. hm. tělesa poměr n d [mm] L [mm] m o [g] r o [kg/m 3 ] beton beton beton Tabulka 3 Pevnost v tlaku betonu (vzorky vyrobené z vývrtů) Označ. tělesa Maxim. síla F [kn] Štíhlost l Koef. průměru k cy,d Koef. štíhlosti k c,cy Pevnost f c,cyl [MPa] Koef. krychle k cy,cu Pevnost f c,cube [MPa] 7
8