Próby ściskania na stwardniałym betonie
Źródło: Roberto Leon, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Virginia Tech, Blacksburg, VA
Projekt budowlany z udziałem betonu składa się z dwóch od…
Test kompresji
- Wyjmij betonowe cylindry z obszaru przechowywania lub utwardzalni i wysusz je powierzchniowo.
- Wybierz sześć cylindrów do tego testu i zmierz średnicę każdego z nich.
- Upewnij się, że końce cylindrów są tak równe, jak to możliwe. Ponieważ górna część cylindrów prawdopodobnie nie jest zbyt płaska, należy (a) zeszlifować betonowe końce cylindra kamieniem do tarcia w celu usunięcia nierówności powierzchni i odlać asfaltową nasadkę na obu końcach cylindra, lub (b) umieścić neoprenową zaślepkę na każdym końcu. W tym laboratorium użyjemy zaślepek z neoprenu, ponieważ ta metoda jest zdecydowanie najprostsza. Jednak nawet przy użyciu tej techniki należy wcześniej usunąć główne niedoskonałości powierzchni.
- Obciążanie ściskające należy stosować powoli i w sposób ciągły, aż do osiągnięcia maksymalnego obciążenia. Szybkość ładowania powinna wynosić od 20 psi do 50 psi na sekundę (150 funtów do 300 funtów na sekundę). Awaria cylindra jest nieuchronna podczas testu, gdy wskaźnik obciążenia zwalnia i ostatecznie się zatrzymuje. Pozwól, aby obciążenie ściskające było kontynuowane, aż cylinder zostanie zmiażdżony. Dokładnie zbadaj rodzaj uszkodzenia cylindra.
- Zapisz maksymalne obciążenie i określ wytrzymałość na ściskanie dla każdej badanej próbki.
Wyznaczanie modułu Younga
- W przypadku jednego z testów kompresji cylindra zainstaluj kompresometr wokół cylindra, wykonując kroki od 2.2 do 2.10.
- Odkręć siedem śrub kontaktowych (2 na górnym pierścieniu blokującym, 3 na dolnym pierścieniu blokującym i 2 na środkowym pierścieniu), aż punkty zrównają się z wewnętrzną powierzchnią pierścieni.
- Umieść kompresometr nad betonową próbką, umieszczając próbkę w środku pierścienia.
- Umieść trzy klocki o równej długości pod dolnym pierścieniem. Długość bloków (cylindrów) powinna być pionowa, aby zapewnić odpowiednią wysokość.
- Ręcznie dokręć 3 śruby kontaktowe w dolnym pierścieniu blokującym i 2 śruby kontaktowe w górnym pierścieniu do próbki.
- Ręcznie dokręć 2 śruby kontaktowe w środkowym pierścieniu, upewniając się, że pionowy trzpień osiowego wskaźnika zegarowego znajduje się w połowie odległości między dwiema częściami środkowego pierścienia.
- Usuń dwa pręty dystansowe.
- Usuń trzy metalowe klocki spod dolnego pierścienia.
- Wyzeruj osiowy wskaźnik zegarowy naprężenia z trzpieniem blisko pozycji całkowicie wysuniętej.
- Wyzeruj średnicowy wskaźnik zegarowy naprężenia tak, aby jego trzpień znajdował się blisko pozycji całkowicie wciśniętej.
- Zastosuj serię obciążeń w krokach co około 10 000 funtów, do około 60 000 funtów. Na każdym kroku obciążenia zapisuj odkształcenia wzdłużne i obwodowe.
Demonstracja młota Schmidta
- Zaznacz siatkę o wymiarach 2 stopy x 2 stopy na betonowej płycie podłogowej, obejmującą obszar 10 stóp x 10 stóp. Wybierz powierzchnię betonową, która jest gładka, sucha i ma grubość co najmniej 4 cali (lub 102 mm).
- W każdym punkcie rusztowania przeprowadzić i zanotować próbę młota odbicia Schmidta, jak podano w krokach 3.3 do 3.4.
- Zanim młot będzie mógł być użyty do testowania, tłok musi zostać zwolniony z młota do pozycji testowej. Jeśli tłok nie jest wysunięty, przyłóż koniec tłoka do sztywnej powierzchni i delikatnie dociśnij młotek Schmidta mocno do powierzchni. Usłyszysz kliknięcie, a tłok wysunie się do pozycji testowej.
- Delikatnie dociśnij młotek odbijający do testowanej powierzchni betonu. Gdy tłok zostanie wciśnięty do końca w młot odbijający, kontynuuj naciskanie mocniej, aż usłyszysz grzechotanie. Trzymaj młot odbijający mocno dociśnięty do powierzchni betonu i odczytaj liczbę odbicia na skali.
- Oblicz średnią i odchylenie standardowe dla tego zestawu pomiarów.
Zaloguj się lub , aby uzyskać dostęp do pełnej treści. Dowiedz się więcej o dostępie Twojej instytucji do treści JoVE tutaj
Wytrzymałość betonu stosowanego w konstrukcjach jest oceniana za pomocą testów ściskania, aby spełnić określone wymagania po montażu, a także monitorować jakość przez cały okres trwania projektu.
Kiedy beton zostanie wlany do formy, zacznie twardnieć i twardnieć. Beton osiągnie swoją wytrzymałość i sztywność projektową od 14 do 28 dni po wylaniu. Betonowe cylindry testowe są odlewane w tym samym czasie, gdy beton jest umieszczany na miejscu. Próbki te są testowane w celu określenia wytrzymałości i sztywności betonu.
W tym eksperymencie przetestujemy 28-dniową wytrzymałość betonu na ściskanie. I użyj prostego nieniszczącego testu wytrzymałości betonu na miejscu.
Zaraz po ułożeniu betonu rozpoczyna się proces hydratacji od rozpuszczenia cementu w wodzie. Co prowadzi do nasycenia jonów w roztworze. W ciągu kilku godzin tworzą się kryształy, a przestrzeń jest zajmowana przez cement, który nada materiałowi ostateczną strukturę. Na wytrzymałość utwardzonego betonu ma wpływ mieszana konstrukcja, temperatura i wilgotność utwardzania oraz jednorodność produktu. Do pomiaru tej wytrzymałości używana jest hydrauliczna maszyna wytrzymałościowa.
Do próbki testowej dołączone jest urządzenie zwane kompresometrem, które umożliwia obliczenia modułu Younga i współczynnika Poissona. Temperatura i wilgotność podczas przechowywania, stan próbki do badań podczas badania oraz sposób, w jaki test jest wykonywany, to czynniki, które wpływają na wyniki badań i muszą być kontrolowane. Podczas gdy testy cylindrów są przydatne do określenia wytrzymałości betonu dostarczonego na plac budowy, testy na miejscu są wykorzystywane do oceny jakości na miejscu przez cały okres użytkowania konstrukcji.
W tym celu test młota Schmidta wystrzeliwuje stalowy ciężar w powierzchnię betonu. Odległość, na jaką odbija się stal, jest mierzona i związana z wytrzymałością materiału. Pomiary można wykonywać na jednej powierzchni lub na wielu powierzchniach, aby ocenić konsystencję betonu.
W następnej sekcji zmierzymy wytrzymałość na ściskanie próbek testowych i zaobserwujemy ich sposób uszkodzenia. Zademonstrujemy również zastosowanie testu młotkowego Schmidta do określenia wytrzymałości materiału.
Próby ściskania zostaną przeprowadzone przy użyciu hydraulicznej maszyny wytrzymałościowej. W przypadku tych testów nośność musi być bardzo wysoka, aby można było testować betony o wysokiej wytrzymałości. Wyjmij betonowy cylinder z formy i osusz jego powierzchnię, aby przygotować próbkę do badania.
Następnie sprawdź betonowy cylinder i usuń wszelkie większe niedoskonałości powierzchni z jego końców za pomocą pilnika. Po przygotowaniu każdego końca nałóż neoprenową nasadkę, aby upewnić się, że końce są jak najbardziej płaskie i równe. Wyśrodkuj próbkę w hydraulicznej maszynie wytrzymałościowej, a następnie powoli i w sposób ciągły nakładaj obciążenie ściskające z prędkością od 20 do 50 psi na sekundę. Pozwól, aby obciążenie rosło, aż zostanie osiągnięte maksimum, a cylinder zostanie zmiażdżony.
Awaria jest nieuchronna, gdy wskaźnik obciążenia zwalnia i w końcu się zatrzymuje. Po zakończeniu testu zapisz maksymalne obciążenie, a następnie dokładnie zbadaj rodzaj uszkodzenia w cylindrze betonowym. Określ wytrzymałość próbki na ściskanie i zapisz tryb pękania. Powtórzyć ten test dla czterech z pięciu pozostałych próbek. W przypadku próbki końcowej zainstaluj kompresometr, aby można było określić moduł Younga i współczynnik Poissona dla tej mieszanki betonowej.
Najpierw odkręć wszystkie siedem śrub kontaktowych, aż punkty zrówno zlicują się z wewnętrzną powierzchnią pierścieni. Teraz umieść kompresometr nad betonowym cylindrem i podeprzyj go trzema przekładkami o równej wysokości, aby wyśrodkować go pionowo z próbką. Ręcznie dokręć trzy śruby kontaktowe na dolnym pierścieniu i dwie na górnym pierścieniu, aby koncentrycznie zabezpieczyć próbkę w kompresometrze.
Po zabezpieczeniu próbki ręcznie dokręć dwie ostatnie śruby stykowe w środkowym pierścieniu. Sprawdź, czy pionowy trzpień zegarowego wskaźnika naprężenia osiowego znajduje się w połowie odległości między dwiema częściami środkowego pierścienia. Upewnij się, że trzpień osiowego czujnika zegarowego jest prawie całkowicie wysunięty, a trzpień średnicowego wskaźnika zegarowego jest prawie całkowicie schowany.
Na koniec usuń oba pręty dystansowe z boków i trzeci pręt znajdujący się na środkowym pierścieniu. Podnieś zespół, trzymając próbkę i ostrożnie umieść ją w hydraulicznej maszynie wytrzymałościowej, a następnie wyzeruj oba wskaźniki zegarowe. Zastosuj serię obciążeń w krokach co 10 000 funtów do maksymalnie 60 000 funtów. Przy każdym obciążeniu zapisuj odkształcenia wzdłużne i obwodowe, jak wskazano na wskaźnikach zegarowych.
Znajdź betonową powierzchnię, która jest gładka, sucha i ma grubość co najmniej czterech cali, i zaznacz siatkę o wymiarach 2 stopy na 2 stopy, obejmującą łączną powierzchnię 10 stóp na 10 stóp. Jeśli tłok młotka Schmidta nie jest wysunięty, przyłóż koniec do sztywnej powierzchni i delikatnie dociśnij, aż usłyszysz kliknięcie. Tłok wysunie się, gdy odciągniesz młotek od powierzchni.
Teraz delikatnie dociśnij młotek do pierwszego punktu siatki zaznaczonego na powierzchni betonu. Kontynuuj pchanie, aż usłyszysz grzechotanie. Odczytaj liczbę odbicia na skali, a następnie odciągnij młotek od powierzchni. Powtórz ten pomiar w każdym punkcie siatki zaznaczonym na powierzchni, a następnie oblicz średnią i odchylenie standardowe dla całego zestawu pomiarów.
Cylindry kompresyjne miały tendencję do ulegania awariom wzdłuż nachylonej płaszczyzny pod kątem około 45 stopni. Ta cecha wskazuje, że uszkodzenie nie było spowodowane czystym zgnieceniem cylindra przez ściskanie, ale raczej przez siły ścinające, a dokładniej przez rozszczepienie naprężeń rozciągających.
Średnia odczytów młota Schmidta wyniosła 32,4 z odchyleniem standardowym 1,3, co koreluje z wytrzymałością in-situ wynoszącą 4,650 psi w oparciu o kalibrację do równoległych testów laboratoryjnych cylindrów.
Teraz, gdy doceniasz metody testowania wytrzymałości konstrukcji betonowych, przyjrzyjmy się, w jaki sposób są one stosowane w celu zapewnienia jakości konstrukcji na naszym świecie.
W przypadku starszych mostów zwiększone wymagania dotyczące obciążenia mogą wymagać przeprowadzenia badań wytrzymałościowych betonu. W takich przypadkach rdzenie są wydobywane z istniejących konstrukcji i testowane w laboratorium w celu określenia, czy konstrukcja może przenosić obciążenia wyższe niż pierwotnie zaprojektowane.
Pomiędzy bardziej destrukcyjnymi, ale bardzo dokładnymi testami rdzenia in-situ a nieniszczącym, ale mniej dokładnym testem młota Schmidta, znajduje się sonda Windsor. W tym teście sondy są wystrzeliwane w powierzchnię betonu, a głębokość penetracji jest mierzona w celu określenia wytrzymałości betonu.
Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do testów ściskania na stwardniałym betonie. Powinieneś teraz zrozumieć testy rdzeniowe i testy młotkiem Schmidta betonu.
Dzięki za oglądanie!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
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.