경화 콘크리트 대상 압축 테스트
출처: 로베르토 레온, 버지니아 공대, 블랙스버그, 버지니아 토목 및 환경 공학부
콘크리트와 관련된 건설 프로젝트에는 두 가지 단계가 있습니다. 첫 번째 단계는 배치, 운반 및 신선한 콘크리트를 캐스팅하는 것을 포함합니다. 이 단계에서 는 재료가 점성이며 작업 성과 성…
압축 테스트
- 저장 영역 이나 경화실에서 콘크리트 실린더를 제거하고 표면은 실린더를 건조.
- 이 테스트의 6개의 실린더를 선택하고 각 실린더의 직경을 측정합니다.
- 실린더의 끝이 가능한 한 레벨인지 확인합니다. 실린더의 상단은 아마 매우 평평하지 않기 때문에, 하나는 (a) 표면 요철을 제거하고 실린더의 양쪽 끝에 아스팔트 캡을 캐스팅 메이슨의 마찰 돌로 콘크리트 실린더 끝을 분쇄하거나 (b) 각 끝에 네오프렌 끝 캡을 배치해야합니다. 이 실험실에서는 이 방법이 가장 간단하기 때문에 네오프렌 엔드 캡을 사용합니다. 그러나 이 기술을 사용하더라도 주요 표면 결함을 사전에 제거해야 합니다.
- 최대 부하에 도달할 때까지 압축 부하를 천천히 지속적으로 적용합니다. 적재 속도는 초당 20 psi ~ 50 psi (초당 150 파운드에서 300 파운드)여야합니다. 부하 표시등이 느려지고 마지막으로 중지되면 테스트 중에 실린더의 오류가 임박합니다. 실린더가 분쇄될 때까지 압축 부하를 계속할 수 있습니다. 실린더의 실패 유형을 면밀히 검사합니다.
- 최대 부하를 기록하고 테스트된 각 시편에 대한 압축 강도를 결정합니다.
영의 계달수 결정
- 실린더 압축 테스트 중 하나에 대해 2.2~ 2.10단계 다음 실린더 주위에 압축계를 설치합니다.
- 7개의 접점 나사(상부 잠금 링2개, 하부 잠금 링3개, 중간 고리에 2개)를 풀면 포인트가 링의 내부 표면으로 플러시될 때까지 나사를 풀수 있습니다.
- 압축계를 콘크리트 시편 위에 놓고 시편을 링 중앙에 배치합니다.
- 아래 반지 아래에 세 개의 동일한 길이 블록을 놓습니다. 블록(실린더)의 길이는 수직이어야 정확한 높이를 제공해야 합니다.
- 하부 잠금 링의 3개의 접점 나사와 상부 링의 2개의 접점 나사를 시편에 대해 손으로 조입니다.
- 중간 링의 2개의 접촉 나사를 손으로 조여 축 변형 다이얼 표시기의 수직 줄기가 중간 링의 두 부분 사이에 중간에 있는지 확인합니다.
- 두 스페이서 막대를 제거합니다.
- 아래 고리 아래에서 세 개의 금속 블록을 제거합니다.
- 완전히 확장된 위치에 근접한 줄기를 사용하여 축 변형 다이얼 표시기를 0으로 설정합니다.
- 완전히 밀린 위치에 근접한 줄기로 정방향 변형 다이얼 표시기를 0으로 설정합니다.
- 약 10,000 파운드의 단계에 일련의 하중을 적용하여 최대 60,000 lbs까지 적용하십시오. 각 하중 단계에서 세로 및 후프 변형을 기록합니다.
슈미트 해머 데모
- 콘크리트 바닥 슬래브에 2 ft. x 2 ft. 그리드를 표시하여 10 피트 x 10 피트의 영역을 덮습니다. 부드럽고 건조하며 두께가 4인치(또는 102mm) 이상인 콘크리트 표면을 선택합니다.
- 각 그리드 지점에서 3.3~ 3.4단계에서 와 같이 슈미트 리바운드 해머 테스트를 수행하고 기록합니다.
- 해머를 테스트에 사용하려면 해머에서 피스톤을 테스트 위치로 방출해야 합니다. 피스톤이 확장되지 않으면 피스톤 끝을 딱딱한 표면에 놓고 슈미트 해머를 표면에 단단히 누릅니다. 클릭이 들리면 피스톤이 테스트 위치로 확장됩니다.
- 테스트할 콘크리트 표면에 대해 리바운드 해머를 부드럽게 누릅니다. 피스톤이 리바운드 해머로 계속 누르면 덜컹거리는 소리가 들릴 때까지 계속 더 강하게 밀어 넣습니다. 리바운드 해머를 콘크리트 표면에 단단히 누르고 스케일의 리바운드 번호를 읽습니다.
- 이 측정 집합에 대한 평균 및 표준 편차를 계산합니다.
구조물에 사용되는 콘크리트의 강도는 설치 후 특정 요구 사항을 충족하고 프로젝트 수명 동안 품질을 모니터링하기 위해 압축 테스트를 사용하여 평가됩니다.
콘크리트를 형태로 부으면 굳고 굳어지기 시작합니다. 콘크리트는 주조 후 14-28일 후에 설계 강도와 강성을 달성합니다. 콘크리트 테스트 실린더는 콘크리트가 제자리에 놓이는 동시에 주조됩니다. 이 샘플은 콘크리트 강도와 강성을 결정하기 위해 테스트됩니다.
이 실험에서는 콘크리트의 28일 압축 강도를 테스트할 것입니다. 그리고 현장 콘크리트 강도에 대한 간단한 비파괴 테스트를 사용하십시오.
콘크리트가 설치되자마자 수화 과정은 시멘트를 물에 용해시키는 것으로 시작됩니다. 이는 용액에서 이온의 포화로 이어집니다. 몇 시간 안에 결정이 형성되고 시멘트가 공간을 차지하여 재료에 최종 구조를 부여합니다. 경화된 콘크리트의 강도는 혼합 설계, 경화 온도 및 습도, 제품의 균일성에 영향을 받습니다. 이 강도를 측정하기 위해 유압 시험기가 사용됩니다.
압축계(compressometer)라고 하는 장치가 테스트 표본에 부착되어 Young의 계수와 푸아송 비율(Poisson's ratio)을 계산할 수 있습니다. 보관 중 온도와 습도, 시험 중 시험편의 상태, 시험 수행 방식은 모두 시험 결과에 영향을 미치는 요소이므로 제어해야 합니다. 실린더 테스트는 현장에 전달되는 콘크리트의 강도를 결정하는 데 유용하지만 현장 테스트는 구조물의 수명 동안 현장의 품질을 평가하는 데 사용됩니다.
이를 위해 슈미트 해머 테스트는 콘크리트 표면에 강철 추를 쏘습니다. 강철이 반동하는 거리를 측정하고 재료의 강도와 관련이 있습니다. 콘크리트의 일관성을 평가하기 위해 한 표면 또는 여러 표면에 걸쳐 측정을 수행할 수 있습니다.
다음 섹션에서는 시험편의 압축 강도를 측정하고 고장 모드를 관찰합니다. 또한 재료 강도를 나타내기 위해 슈미트 해머 테스트를 사용하는 방법을 시연합니다.
압축 시험은 수압 시험기를 사용하여 수행됩니다. 이러한 테스트의 경우 고강도 콘크리트를 테스트하기 위해 하중 용량이 매우 높아야 합니다. 금형에서 콘크리트 실린더를 제거하고 표면을 건조시켜 테스트를 위해 시편을 준비합니다.
그런 다음 콘크리트 실린더를 검사하고 파일을 사용하여 끝에서 주요 표면 결함을 제거합니다. 각 끝이 준비된 후 네오프렌 캡을 적용하여 끝이 가능한 한 평평하고 평평한지 확인하십시오. 시편을 유압 시험기의 중앙에 놓은 다음 초당 20-50psi의 속도로 압축 하중을 천천히 연속적으로 가합니다. 최대값에 도달하고 실린더가 부서질 때까지 하중이 증가하도록 합니다.
부하 표시기가 느려지고 마침내 멈출 때 실패가 임박한 것입니다. 테스트가 완료되면 최대 하중을 기록한 다음 콘크리트 실린더의 고장 유형을 면밀히 검사하십시오. 시편의 압축 강도를 측정하고 파괴 모드를 기록합니다. 나머지 5개 표본 중 4개에 대해 이 테스트를 반복합니다. 최종 시편의 경우 이 콘크리트 혼합물에 대해 Young의 계수와 푸아송 비율을 결정할 수 있도록 압축계를 설치합니다.
먼저 점이 링의 내부 표면과 같은 높이가 될 때까지 7개의 접촉 나사를 모두 푸십시오. 이제 압축계를 콘크리트 실린더 위에 놓고 3개의 동일한 높이의 스페이서로 지지하여 시편과 함께 수직으로 중앙에 놓습니다. 아래쪽 링에 있는 세 개의 접촉 나사와 위쪽 링에 있는 두 개의 접촉 나사를 손으로 조여 표본을 압축계에 동심원으로 고정합니다.
시편이 고정되면 중간 링에 있는 마지막 두 개의 접점 나사를 손으로 조입니다. 축 방향 스트레인 다이얼 표시기의 수직 스템이 중간 링의 두 부분 사이의 중간에 있는지 확인하십시오. 축 방향 다이얼 표시기의 줄기가 완전히 펴진 것에 가깝고 지름 다이얼 표시기의 줄기가 완전히 접힌 것에 가까운지 확인합니다.
마지막으로 측면에서 두 스페이서 로드를 모두 제거하고 중앙 링에 있는 세 번째 로드를 제거합니다. 시편을 잡고 어셈블리를 들어 올리고 유압 시험기에 조심스럽게 넣은 다음 두 다이얼 표시기를 모두 영점 조정하십시오. 10,000파운드에서 최대 60,000파운드까지 일련의 하중을 가합니다. 각 하중에서 다이얼 표시기에 표시된 대로 세로 및 후프 변형을 기록합니다.
매끄럽고 건조하며 두께가 4인치 이상인 콘크리트 표면을 찾고 총 면적이 10피트 x 10피트인 2피트 x 2피트 그리드를 표시합니다. 슈미트 해머의 피스톤이 확장되지 않으면 끝을 뻣뻣한 표면에 대고 딸깍 소리가 날 때까지 부드럽게 누릅니다. 망치를 표면에서 당겨 빼내면 피스톤이 확장됩니다.
이제 콘크리트 표면에 표시된 첫 번째 그리드 점에 대해 망치를 부드럽게 누릅니다. 덜거덕거리는 소리가 들릴 때까지 계속 밉니다. 저울의 리바운드 번호를 읽은 다음 망치를 표면에서 당겨 빼냅니다. 표면에 표시된 각 그리드 포인트에서 이 측정을 반복한 다음 전체 측정 세트에 대한 평균 및 표준 편차를 계산합니다.
압축 실린더는 대략 45도에서 경사면을 따라 실패하는 경향이 있었습니다. 이 특징은 파손이 실린더의 순수한 압축 파쇄에 의한 것이 아니라 전단력 또는 더 정확하게는 인장 응력 분할에 의해 발생했음을 나타냅니다.
슈미트 해머 판독값의 평균은 32.4이고 표준 편차는 1.3이었으며, 이는 병렬 실험실 실린더 테스트에 대한 보정을 기반으로 한 4,650psi의 현장 강도와 관련이 있습니다.
이제 콘크리트 구조물의 강도 테스트 방법에 대해 알아보았으므로 우리 세계에서 구조물의 품질을 보장하기 위해 어떻게 적용되는지 살펴보겠습니다.
오래된 교량에서는 하중 요구 사항이 증가하여 콘크리트 강도 테스트가 필요할 수 있습니다. 이러한 경우 기존 구조물에서 코어를 추출하고 실험실에서 테스트하여 구조물이 처음에 설계된 것보다 더 높은 하중을 견딜 수 있는지 확인합니다.
더 파괴적이지만 매우 정확한 현장 코어 테스트와 비파괴적이지만 정확도가 떨어지는 슈미트 해머 테스트 사이에 Windsor 프로브가 있습니다. 이 테스트에서는 프로브를 콘크리트 표면에 쏘고 침투 깊이를 측정하여 콘크리트 강도를 결정합니다.
당신은 방금 경화 콘크리트에 대한 압축 테스트에 대한 JoVE의 소개를 시청했습니다. 이제 콘크리트의 코어 테스트와 슈미트 해머 테스트에 대해 이해해야 합니다.
시청해 주셔서 감사합니다!
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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.