Prove di compressione su calcestruzzo indurito
Fonte: Roberto Leon, Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Virginia Tech, Blacksburg, VA
Ci sono due fasi distinte in un progetto di costruz…
Test di compressione
- Rimuovere i cilindri di calcestruzzo dall'area di stoccaggio o dalla stanza di polimerizzazione e asciugare in superficie i cilindri.
- Selezionare sei cilindri per questo test e misurare il diametro di ciascuno dei cilindri.
- Assicurarsi che le estremità dei cilindri siano il più livellate possibile. Poiché la parte superiore dei cilindri non è probabilmente molto piatta, è necessario (a) rettificare le estremità del cilindro di cemento con la pietra di sfregamento di un muratore per rimuovere le irregolarità superficiali e gettare un cappuccio asfaltico ad entrambe le estremità del cilindro, o (b) posizionare un tappo terminale in neoprene su ciascuna estremità. In questo laboratorio, useremo tappi terminali in neoprene, poiché questo metodo è di gran lunga il più semplice. Tuttavia, anche utilizzando questa tecnica, le principali imperfezioni superficiali devono essere rimosse in anticipo.
- Applicare il carico compressivo lentamente e continuamente fino al raggiungimento del carico massimo. La velocità di carico dovrebbe essere compresa tra 20 psi e 50 psi al secondo (da 150 libbre a 300 libbre al secondo). Il guasto del cilindro è imminente durante la prova quando l'indicatore di carico rallenta e infine si ferma. Lasciare che il carico di compressione continui fino a quando il cilindro non viene schiacciato. Esaminare attentamente il tipo di guasto del cilindro.
- Registrare il carico massimo e determinare la resistenza alla compressione per ciascun campione testato.
Determinazione del modulo di Young
- Per uno dei test di compressione del cilindro, installare un compressometro attorno al cilindro seguendo i passaggi da 2.2 a 2.10.
- Svitare le sette viti di contatto (2 sull'anello di bloccaggio superiore, 3 sull'anello di blocco inferiore e 2 sull'anello centrale) fino a quando i punti non sono a filo con la superficie interna degli anelli.
- Posizionare il compressometro sopra il campione di calcestruzzo individuando il campione al centro dell'anello.
- Posiziona tre blocchi di uguale lunghezza sotto l'anello inferiore. La lunghezza dei blocchi (cilindri) deve essere verticale per fornire l'altezza corretta.
- Stringere a mano le 3 viti di contatto nell'anello di bloccaggio inferiore e le 2 viti di contatto nell'anello superiore contro il campione.
- Stringere a mano le 2 viti di contatto nell'anello centrale assicurandosi che lo stelo verticale dell'indicatore del quadrante di deformazione assiale sia a metà strada tra le due parti dell'anello centrale.
- Rimuovere le aste a due distanziali.
- Rimuovere i tre blocchi di metallo da sotto l'anello inferiore.
- Azzerare l'indicatore del quadrante di deformazione assiale con lo stelo vicino alla posizione completamente estesa.
- Azzerare l'indicatore del quadrante di deformazione diametrica con il gambo vicino alla posizione completamente spinta.
- Applicare una serie di carichi a passi di circa 10.000 libbre, fino a circa 60.000 libbre. Ad ogni fase del carico, registrare le deformazioni longitudinali e del cerchio.
Schmidt Hammer Dimostrazione
- Segna una griglia di 2 piedi x 2 piedi su una lastra di cemento, che copre un'area di 10 piedi x 10 piedi. Seleziona una superficie di calcestruzzo liscia, asciutta e di almeno 4 pollici (o 102 mm) di spessore.
- In ogni punto della griglia, condurre e registrare un test del martello di rimbalzo schmidt, come indicato nei passaggi da 3.3 a 3.4.
- Prima che il martello possa essere utilizzato per il test, il pistone deve essere rilasciato dal martello nella posizione di prova. Se il pistone non è esteso, posizionare l'estremità del pistone contro una superficie rigida e premere delicatamente il martello Schmidt saldamente contro la superficie. Sentirai un clic e il pistone si estenderà nella posizione di prova.
- Premere delicatamente il Martello di rimbalzo contro la superficie del calcestruzzo da testare. Quando il pistone viene premuto fino in fondo al Rebound Hammer, continua a spingere più forte fino a quando non senti un suono sferragliante. Tenere il martello di rimbalzo premuto saldamente contro la superficie del calcestruzzo e leggere il numero di rimbalzo sulla bilancia.
- Calcolare la deviazione media e standard per questo insieme di misurazioni.
La resistenza del calcestruzzo utilizzato nelle strutture viene valutata utilizzando test di compressione per soddisfare requisiti specifici dopo l'installazione e anche per monitorare la qualità per tutta la durata del progetto.
Quando il calcestruzzo viene versato in una forma, inizierà a solidificarsi e indurirsi. Il calcestruzzo raggiungerà la resistenza e la rigidità di progetto da 14 a 28 giorni dopo il getto. I cilindri di prova del calcestruzzo vengono gettati nello stesso momento in cui il calcestruzzo viene posato. Questi campioni vengono testati per determinare la resistenza e la rigidità del calcestruzzo.
In questo esperimento, testeremo la resistenza alla compressione del calcestruzzo a 28 giorni. E utilizzare un semplice test non distruttivo della resistenza del calcestruzzo in situ.
Non appena il calcestruzzo viene posato, il processo di idratazione inizia con la dissoluzione del cemento in acqua. Il che porta a una saturazione di ioni nella soluzione. Nel giro di poche ore si formano i cristalli e lo spazio viene occupato dal cemento, che darà al materiale la sua struttura finale. La resistenza del calcestruzzo stagionato è influenzata dal design misto, dalla temperatura e dall'umidità di indurimento e dall'uniformità del prodotto. Per misurare questa resistenza viene utilizzata una macchina di prova idraulica.
Un dispositivo chiamato compressometro è collegato al provino per consentire il calcolo del modulo di Young e del rapporto di Poisson. La temperatura e l'umidità durante lo stoccaggio, le condizioni del provino durante il test e il modo in cui viene eseguito il test sono tutti fattori che influenzano i risultati del test e devono essere controllati. Mentre i test dei cilindri sono utili per determinare la resistenza del calcestruzzo consegnato al sito, i test in situ vengono utilizzati per valutare la qualità in atto nel corso della vita della struttura.
Per questo, il test del martello Schmidt spara un peso d'acciaio sulla superficie del calcestruzzo. La distanza di rimbalzo dell'acciaio è misurata e correlata alla resistenza del materiale. Le misurazioni possono essere effettuate su una o più superfici per valutare la consistenza del calcestruzzo.
Nella prossima sezione, misureremo la resistenza alla compressione dei campioni di prova e osserveremo la loro modalità di guasto. Dimostreremo anche l'uso del test del martello Schmidt per indicare la resistenza del materiale.
Le prove di compressione saranno effettuate utilizzando una macchina di prova idraulica. Per queste prove la capacità di carico deve essere molto elevata per testare calcestruzzi ad alta resistenza. Rimuovere il cilindro di cemento dallo stampo e asciugarne la superficie per preparare il campione per il test.
Quindi, ispezionare il cilindro di cemento e rimuovere eventuali imperfezioni superficiali importanti dalle sue estremità utilizzando una lima. Dopo aver preparato ogni estremità, applicare un cappuccio in neoprene per assicurarsi che le estremità siano il più piatte e livellate possibile. Centrare il campione nella macchina di prova idraulica e quindi applicare il carico di compressione lentamente e continuamente a una velocità compresa tra 20 e 50 psi al secondo. Lasciare che il carico aumenti fino a raggiungere il massimo e il cilindro viene schiacciato.
Il guasto è imminente quando l'indicatore di carico rallenta e infine si ferma. Al termine del test, registrare il carico massimo e quindi esaminare attentamente il tipo di guasto nel cilindro di cemento. Determinare la resistenza alla compressione del provino e registrare la modalità di frattura. Ripetere questo test per quattro dei cinque esemplari rimanenti. Per il provino finale, installare un compressometro in modo da poter determinare il modulo di Young e il rapporto di Poisson per questa miscela di calcestruzzo.
Innanzitutto, svitare tutte e sette le viti di contatto fino a quando i punti non sono a filo con la superficie interna degli anelli. Ora, posiziona il compressometro sopra il cilindro di cemento e puntellalo con tre distanziatori di uguale altezza per centrarlo verticalmente con il campione. Serrare a mano le tre viti di contatto sull'anello inferiore e le due sull'anello superiore per fissare il campione in modo concentrico nel compressore.
Quando il campione è fissato, serrare a mano le ultime due viti di contatto nell'anello centrale. Verificare che lo stelo verticale dell'indicatore del quadrante di deformazione assiale si trovi a metà strada tra le due parti dell'anello centrale. Verificare che lo stelo del comparatore assiale sia quasi completamente esteso e che lo stelo del comparatore diametrale sia quasi completamente retratto.
Infine, rimuovere entrambe le aste distanziatrici dai lati e la terza asta situata sull'anello centrale. Sollevare il gruppo tenendo il campione e posizionarlo con cura nella macchina di prova idraulica, quindi azzerare entrambi i comparatori. Applicare una serie di carichi a passi di 10.000 libbre fino a un massimo di 60.000 libbre. Ad ogni carico, registrare le deformazioni longitudinali e del cerchio come indicato sui comparari.
Trova una superficie di cemento liscia, asciutta e spessa almeno quattro pollici e segna una griglia di 2 piedi per 2 piedi, che copre un'area totale di 10 piedi per 10 piedi. Se il pistone del martello Schmidt non è esteso, posizionare l'estremità contro una superficie rigida e premere delicatamente verso il basso fino a quando non si sente uno scatto. Il pistone si estenderà man mano che si estrae il martello dalla superficie.
Ora, premi delicatamente il martello contro il primo punto della griglia segnato sulla superficie del cemento. Continuare a spingere finché non si sente un tintinnio. Leggere il numero di rimbalzo sulla scala e quindi estrarre il martello dalla superficie. Ripetere questa misurazione in ogni punto della griglia contrassegnato sulla superficie, quindi calcolare la deviazione media e standard per l'intera serie di misurazioni.
I cilindri in compressione tendevano a cedere lungo un piano inclinato a circa 45 gradi. Questa caratteristica indica che il cedimento non è stato causato dal puro schiacciamento per compressione del cilindro, ma piuttosto da forze di taglio o più precisamente da sollecitazioni di tensione di rottura.
La media delle letture del martello Schmidt è stata di 32,4 con una deviazione standard di 1,3, che è correlata a una resistenza in situ di 4.650 psi basata sulla calibrazione per i test di laboratorio paralleli dei cilindri.
Ora che apprezzi i metodi di prova di resistenza per le strutture in calcestruzzo, diamo un'occhiata a come vengono applicati per garantire la qualità delle strutture nel nostro mondo.
Nei ponti più vecchi, l'aumento dei requisiti di carico può richiedere test di resistenza del calcestruzzo. In questi casi, i nuclei vengono estratti da strutture esistenti e testati in laboratorio per determinare se la struttura può sopportare carichi superiori a quelli inizialmente progettati.
Tra il test del carotaggio in situ, più distruttivo ma molto accurato, e il test del martello Schmidt, non distruttivo ma meno accurato, c'è la sonda Windsor. In questo test, le sonde vengono sparate sulla superficie del calcestruzzo e viene misurata la profondità di penetrazione per determinare la resistenza del calcestruzzo.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE alle prove di compressione su calcestruzzo indurito. Ora dovresti capire il test del carotaggio e il test del martello Schmidt del calcestruzzo.
Grazie per l'attenzione!
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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.