Druckfestigkeit von Festbeton
Quelle: Roberto Leon, Department of Civil and Environmental Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA
Es gibt zwei Phasen in einem Bauprojekt mit Bet…
Druckversuch
- Entfernen Sie die konkrete Zylinder aus dem Speicherbereich oder kurierenden Raum und Oberfläche trocknen die Zylinder.
- Wählen Sie sechs Zylindern für diesen Test, und Messen Sie den Durchmesser der einzelnen Zylinder.
- Stellen Sie sicher, dass die Enden der Zylinder so waagerecht wie möglich sind. Da oben auf den Zylindern sind wahrscheinlich nicht sehr flach, muss man (a) Schleifen die betonzylinder enden mit einem Maurer reiben Stein zu Unregelmäßigkeiten der Oberfläche zu entfernen und werfen eine asphaltierte Kappe an beiden Enden des Zylinders, oder (b) legen Sie eine Neopren-Endkappe an jedem Ende. In dieser Übungseinheit verwenden wir Neopren Endkappen, wie diese Methode bei weitem die einfachste ist. Jedoch müssen größere Unebenheiten auch mit dieser Technik können vorher entfernt werden.
- Gelten die Druckbelastung, langsam und kontinuierlich bis die maximale Belastung erreicht ist. Die raumbelastung sollte zwischen 20 Psi bis 50 Psi pro Sekunde (150 lb bis 300 Pfund pro Sekunde). Ausfall des Zylinders steht während der Prüfung unmittelbar bevor, wenn die Lastanzeige verlangsamt und schließlich beendet. Ermöglichen Sie die Druckbelastung weiter, bis der Zylinder zerkleinert wird. Untersuchen Sie die Art des Fehlers des Zylinders.
- Nehmen Sie die maximale Last auf und bestimmen Sie die Druckfestigkeit für jede Probe getestet.
Bestimmung des Elastizitätsmoduls
- Installieren Sie für eines der Zylinder Kompression Tests eine Compressometer um den Zylinder, die folgenden Schritte 2.2 bis 2.10.
- Die sieben Kontakt Schrauben (2 auf der oberen Sicherungsring, 3 auf den unteren Verschlussring und 2 auf den mittleren Ring) bis die Punkte bündig mit der inneren sind Oberfläche der Ringe.
- Legen Sie die Compressometer über die betonprobekörper Auffinden der Probe in der Mitte des Ringes.
- Legen Sie drei gleichlange Blöcke unter den unteren Ring. Die Länge der Blöcke (Zylinder) sollte senkrecht auf die richtige Höhe zu bieten.
- Ziehen Sie die 3 Kontakt Schrauben im unteren Sicherungsring und der Kontakt 2 Schrauben in den oberen Ring gegen die Probe.
- Schrauben Sie Hand-2 Kontakt in den mittleren Ring, die dafür sorgen, dass die vertikale Stamm von der axialen Belastung Messuhr auf halbem Weg zwischen den beiden Abschnitten des Mittleren Rings ist.
- Entfernen Sie die zwei-Spacer-Stangen.
- Entfernen Sie die drei Metallblöcke unter den unteren Ring.
- Die axiale Belastung Messuhr mit dem Stiel in der Nähe der voll ausgefahrenen Position auf NULL.
- Die diametralen Stamm Messuhr mit seinen Stamm in der Nähe der voll geschoben-in Position auf NULL.
- Gelten Sie eine Reihe von Lasten in Schritten von ca. 10.000 Pfund, bis zu ca. 60.000 lbs. Zeichnen Sie bei jeder Laststufe die Längs- und Hoop Verformungen.
Schmidt-Hammer-Demonstration
- Markieren Sie ein Raster von 2 Fuß x 2 Fuß auf einem Betonboden-Platte, mit einer Fläche von 10 ft x 10 ft. Wählen Sie eine Betonoberfläche das ist glatt, trocken und mindestens 4 Zoll (oder 102 mm) dick.
- An jedem Gitterpunkt führen und Schmidt Rebound Hammer Test, wie in Schritten 3.3 3.4 aufzeichnen.
- Bevor der Hammer zu Testzwecken verwendet werden kann, muss der Kolben aus den Hammer in die Tests Position freigegeben werden. Wenn der Kolben nicht verlängert wird, stecken Sie das Ende des Kolbens gegen eine steife Oberfläche und drücken Sie vorsichtig die Schmidt Hammer fest an der Oberfläche. Sie hören ein klicken, und der Kolben wird in die Testposition erweitern.
- Drücken Sie vorsichtig die Rebound-Hammer gegen die Betonoberfläche getestet werden. Drückt man der Kolben bis zum Anschlag in die Rebound-Hammer, weiterhin schwerer zu schieben, bis Sie ein rasselndes Geräusch hören. Halten Sie den Rebound Hammer fest angedrückt der Betonoberfläche und lesen Sie die Rebound-Zahl auf der Skala.
- Berechnen Sie den Mittelwert und Standardabweichung für diesen Satz von Messungen.
Die Festigkeit des in den Bauwerken verwendeten Betons wird anhand von Druckversuchen bewertet, um die spezifischen Anforderungen nach dem Einbau zu erfüllen und auch die Qualität über die Lebensdauer des Projekts zu überwachen.
Wenn Beton in eine Form gegossen wird, beginnt er zu erstarren und auszuhärten. Der Beton erreicht seine Bemessungsfestigkeit und Steifigkeit 14 bis 28 Tage nach dem Gießen. Betonprüfzylinder werden gleichzeitig mit dem Einbringen des Betons gegossen. Diese Proben werden getestet, um die Festigkeit und Steifigkeit des Betons zu bestimmen.
In diesem Experiment werden wir die 28-Tage-Druckfestigkeit von Beton testen. Und verwenden Sie eine einfache zerstörungsfreie Prüfung der Ortbetonfestigkeit.
Sobald der Beton aufgebracht ist, beginnt der Hydratationsprozess mit der Auflösung des Zements in Wasser. Dies führt zu einer Sättigung der Ionen in der Lösung. Innerhalb weniger Stunden bilden sich Kristalle und der Raum wird vom Zement eingenommen, der dem Material seine endgültige Struktur verleiht. Die Festigkeit des ausgehärteten Betons wird durch das gemischte Design, die Aushärtungstemperatur und -feuchtigkeit sowie die Gleichmäßigkeit des Produkts beeinflusst. Um diese Festigkeit zu messen, wird eine hydraulische Prüfmaschine eingesetzt.
Ein Gerät, das als Kompressometer bezeichnet wird, wird an den Prüfling angeschlossen, um Berechnungen des Elastizitätsmoduls und der Poissonzahl zu ermöglichen. Temperatur und Luftfeuchtigkeit während der Lagerung, der Zustand des Prüflings während der Prüfung und die Art und Weise, wie die Prüfung durchgeführt wird, sind Faktoren, die das Prüfergebnis beeinflussen und kontrolliert werden müssen. Während Zylindertests nützlich sind, um die Festigkeit des an die Baustelle gelieferten Betons zu bestimmen, werden In-situ-Tests verwendet, um die Qualität des Ortes über die Lebensdauer des Bauwerks zu bewerten.
Dazu schießt der Schmidt-Hammertest ein Stahlgewicht auf die Oberfläche des Betons. Die Strecke, die der Stahl zurückprallt, wird gemessen und mit der Festigkeit des Materials in Beziehung gesetzt. Messungen können über eine Oberfläche oder mehrere Oberflächen durchgeführt werden, um die Konsistenz des Betons zu bewerten.
Im nächsten Abschnitt werden wir die Druckfestigkeit von Probekörpern messen und deren Versagensart beobachten. Wir werden auch die Verwendung des Schmidt-Hammer-Tests zur Angabe der Materialfestigkeit demonstrieren.
Die Druckversuche werden mit einer hydraulischen Prüfmaschine durchgeführt. Für diese Prüfungen muss die Tragfähigkeit sehr hoch sein, um hochfeste Betone zu prüfen. Nehmen Sie den Betonzylinder aus der Form und trocknen Sie seine Oberfläche, um die Probe für die Prüfung vorzubereiten.
Inspizieren Sie dann den Betonzylinder und entfernen Sie mit einer Feile alle größeren Oberflächenfehler an seinen Enden. Nachdem jedes Ende vorbereitet ist, bringen Sie eine Neoprenkappe an, um sicherzustellen, dass die Enden so flach und eben wie möglich sind. Zentrieren Sie die Probe in der hydraulischen Prüfmaschine und bringen Sie dann die Drucklast langsam und kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit zwischen 20 und 50 psi pro Sekunde auf. Lassen Sie die Last ansteigen, bis das Maximum erreicht ist und der Zylinder zerquetscht wird.
Ein Ausfall droht, wenn die Lastanzeige langsamer wird und schließlich stoppt. Wenn der Test abgeschlossen ist, notieren Sie die maximale Belastung und untersuchen Sie dann die Art des Versagens im Betonzylinder genau. Bestimmen Sie die Druckfestigkeit der Probe und erfassen Sie die Bruchart. Wiederholen Sie diesen Test für vier der fünf verbleibenden Proben. Für die endgültige Probe wird ein Kompressometer installiert, damit der Elastizitätsmodul und die Poissonzahl für diese Betonmischung bestimmt werden können.
Lösen Sie zunächst alle sieben Kontaktschrauben, bis die Spitzen bündig mit der Innenfläche der Ringe abschließen. Platzieren Sie nun das Kompressometer über dem Betonzylinder und stützen Sie es mit drei gleich hohen Abstandshaltern ab, um es vertikal mit der Probe zu zentrieren. Ziehen Sie die drei Kontaktschrauben am unteren Ring und die beiden am oberen Ring von Hand fest, um die Probe konzentrisch im Kompressometer zu sichern.
Wenn die Probe gesichert ist, ziehen Sie die letzten beiden Kontaktschrauben im mittleren Ring von Hand fest. Vergewissern Sie sich, dass sich der vertikale Stiel des axialen Dehnungsanzeigers in der Mitte zwischen den beiden Teilen des mittleren Rings befindet. Vergewissern Sie sich, dass der Stiel des axialen Messuhrs nahezu vollständig ausgefahren ist und der Stiel des diametralen Messuhrs nahezu vollständig eingefahren ist.
Zum Schluss entfernst du beide Distanzstangen von den Seiten und den dritten Stab, der sich am Mittelring befindet. Heben Sie die Baugruppe an, indem Sie die Probe festhalten, legen Sie sie vorsichtig in die hydraulische Prüfmaschine und stellen Sie dann beide Messuhren auf Null. Wenden Sie eine Reihe von Lasten in Schritten von 10.000 Pfund bis zu einem Maximum von 60.000 Pfund an. Bei jeder Belastung sind die Längs- und Umfangsverformungen aufzuzeichnen, wie auf den Messuhren angegeben.
Suchen Sie eine Betonoberfläche, die glatt, trocken und mindestens vier Zoll dick ist, und markieren Sie ein Raster von 2 Fuß x 2 Fuß, das eine Gesamtfläche von 10 Fuß x 10 Fuß abdeckt. Wenn der Kolben des Schmidt-Hammers nicht ausgefahren ist, legen Sie das Ende gegen eine steife Unterlage und drücken Sie es leicht nach unten, bis ein Klicken zu hören ist. Der Kolben fährt aus, wenn Sie den Hammer von der Oberfläche wegziehen.
Drücken Sie nun den Hammer vorsichtig gegen den ersten auf der Betonoberfläche markierten Rasterpunkt. Schieben Sie weiter, bis ein rasselndes Geräusch zu hören ist. Lesen Sie die Rückprallzahl auf der Skala ab und ziehen Sie dann den Hammer von der Oberfläche weg. Wiederholen Sie diese Messung an jedem auf der Oberfläche markierten Rasterpunkt, und berechnen Sie dann den Durchschnitt und die Standardabweichung für den gesamten Messsatz.
Die Zylinder unter Kompression neigten dazu, entlang einer schiefen Ebene bei etwa 45 Grad zu versagen. Dieses Merkmal deutet darauf hin, dass das Versagen nicht durch reine Druckquetschung des Zylinders, sondern durch Querkräfte oder genauer gesagt durch Spaltzugspannungen verursacht wurde.
Der Durchschnitt der Schmidt-Hammer-Messwerte betrug 32,4 mit einer Standardabweichung von 1,3, was einer In-situ-Festigkeit von 4.650 psi entspricht, die auf der Kalibrierung auf parallelen Laborzylindertests basiert.
Nachdem Sie nun die Festigkeitsprüfmethoden für Betonkonstruktionen zu schätzen wissen, werfen wir einen Blick darauf, wie sie angewendet werden, um die Qualität von Bauwerken in unserer Welt zu gewährleisten.
Bei älteren Brücken können erhöhte Belastungsanforderungen eine Betonfestigkeitsprüfung erforderlich machen. In diesen Fällen werden Kerne aus bestehenden Strukturen extrahiert und im Labor getestet, um festzustellen, ob die Struktur höhere Lasten tragen kann, als ursprünglich vorgesehen.
Zwischen der zerstörerischeren, aber sehr genauen In-situ-Kernprüfung und der zerstörungsfreien, aber weniger genauen Schmidt-Hammer-Prüfung liegt die Windsor-Sonde. Bei diesem Test werden Sonden in die Betonoberfläche geschossen und die Eindringtiefe gemessen, um die Betonfestigkeit zu bestimmen.
Sie haben gerade die Einführung von JoVE in die Druckversuche an festem Beton gesehen. Sie sollten jetzt die Kernprüfung und die Schmidt-Hammer-Prüfung von Beton verstehen.
Danke fürs Zuschauen!
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Q1: When does concrete achieve its design strength after casting?
Concrete achieves its design strength and stiffness 14 to 28 days after casting. During this period, the hydration process continues as cement dissolves in water, forming crystals that give the material its final structure. Test cylinders cast at the same time as placement are tested to verify the concrete meets strength requirements.
Q2: What factors affect the strength of cured concrete?
Concrete strength is affected by the mixed design, curing temperature and humidity, and uniformity of the product. Additionally, temperature and humidity during storage, specimen condition during testing, and the testing procedure itself all influence results and must be carefully controlled to ensure accurate strength measurements.
Q3: How is Young's modulus determined in concrete compression testing?
A device called a compressometer is attached to the test specimen to measure longitudinal and hoop deformations at specific load increments. By recording these deformations using dial indicators at loads up to 60,000 pounds, engineers can calculate Young's modulus and Poisson's ratio, which describe the material's elasticity and stress-strain behavior.
Q4: What does the failure pattern of concrete cylinders reveal about the failure mechanism?
Concrete cylinders typically fail along an inclined plane at roughly 45 degrees, indicating that failure is driven by shear forces and splitting tension stresses rather than pure compression crushing. This failure mode reveals the complex stress state within the material during compression testing.
Q5: How does the Schmidt hammer test evaluate concrete strength in place?
The Schmidt hammer shoots a steel weight at the concrete surface and measures the rebound distance, which correlates to material strength. Measurements are taken across a grid pattern on the surface, and the average rebound number is related to in-situ strength through calibration with laboratory cylinder tests.
Q6: What preparation steps are required before testing a concrete cylinder in compression?
Remove the concrete cylinder from the mold and dry its surface. Inspect the cylinder and use a file to remove major surface imperfections from its ends. Apply a neoprene cap to each end to ensure they are flat and level, then center the specimen in the hydraulic testing machine before applying load.
Q7: Why is in-situ concrete testing used alongside laboratory cylinder tests?
While cylinder tests determine the strength of concrete delivered to the site, in-situ testing evaluates quality in place over the structure's lifespan. Non-destructive methods like the Schmidt hammer allow engineers to assess concrete consistency across multiple surfaces without damaging the structure, providing ongoing quality assurance.