Vliv hmotnostní dávky drátků na pevnostní třídy drátkobetonu
Hlavní překážkou, která brání většímu využívání vláknobetonu v praxi, je nedostatek podkladů pro projektanty, kteří by mohli navrhovat vláknobetonové konstrukce, nebo nosné prvky. Mezi podstatné nedostatky patří nejednotný způsob zkoušení vláknobetonu, samotné zatřídění vláknobetonu do příslušných pevnostních tříd a předpoklady, podle kterých je možné navrhovat konstrukce z vláknobetonu. Příspěvek by měl ukázat cestu, k normovému způsobu zkoušení a stanovení příslušných pevnostních tříd FC. Současně bude v příspěvku poukázáno na vliv hmotnostní dávky drátků při určení pevnostních tříd drátkobetonu.
Abstrakt
Nejednotná metodika pro vyhodnocování pevnostní třídy drátkobetonu (FC), ale i různé hmotnostní dávky drátků ovlivňují zcela nepochybně výsledné zatřídění drátkobetonu do příslušných pevnostních tříd. Příspěvek si klade za cíl ukázat rozdíly ve výsledných pevnostních třídách drátkobetonů při užití dvou různých hmotností drátků (50 a 70 kg/m3) při rychlosti zatěžování 0,2 mm/min a užití drátků DRAMIX RC-80/60-BN.
Zároveň bude v příspěvku ukázáno, jakým způsobem lze postupovat, při samotném zatřídění do příslušných pevnostních tříd, tj. od statistického vyhodnocení, až po stanovení příslušných charakteristických hodnot krychelných pevností v tlaku a charakteristických hodnot v dostředném tahu na mezi vzniku makro-trhliny a při dosažení smluvní meze průhybu δt,1 = 3,5 mm. Zatřídění do příslušných pevnostních tříd drátkobetonu je provedeno dle metodiky TP-FC 1-1 [1], která představuje možné budoucí jednotné značení pevnostních tříd. Pevnosti drátkobetonu byly ověřovány na standardních vzorcích, tj. na krychlích o hraně 150 mm byly ověřovány pevnosti v prostém tlaku, na trámcích rozměrů 150/150/700 mm byly při čtyřbodovém uspořádání zatížení (obr. 1) stanoveny alespoň dvě mezní tahové pevnostní třídy drátkobetonu.
1 Úvod
Hlavní překážkou, která brání většímu využívání vláknobetonu v praxi je nedostatek podkladů pro projektanty, kteří by mohli navrhovat vláknobetonové konstrukce, nebo nosné prvky. Mezi podstatné nedostatky patří nejednotný způsob zkoušení vláknobetonu, samotné zatřídění vláknobetonu do příslušných pevnostních tříd a předpoklady, podle kterých je možné navrhovat konstrukce z vláknobetonu.
Příspěvek by měl ukázat cestu, k normovému způsobu zkoušení a stanovení příslušných pevnostních tříd FC. Současně bude v příspěvku poukázáno na vliv hmotnostní dávky drátků při určení pevnostních tříd drátkobetonu.
Výsledky tohoto příkladu ukazují, že při správně navrženém složení drátkobetonu a provedení způsobu výroby včetně zpracování do zkušebních vzorků je nesporné, že vyšší hmotnostní dávka drátků musí vést na vyšší pevnostní charakteristiky vyrobeného drátkobetonu.
Uvedený způsob zkoušení a zatřídění do pevnostních tříd jsou provedeny podle TP-FC 1-1 [1], které byly zatím zpracovány na Fakultě stavební ČVUT v Praze, Katedrou betonových a zděných konstrukcí a lze je považovat za určité doporučení při vypracovávání evropských norem.
2 Doporučená metodika zkoušení
Za doporučenou metodiku zkoušení se považují:
- Zjištění tlakové pevnosti - krychle o hraně 150 mm a válce průměru 150 mm, tj. stejně jako je tomu u běžných betonů (bez vláken).
- Zjištění tahových pevností - zkoušky ohybem na trámcích 150/150/700 mm se čtyř bodovým uspořádáním zatížen (obr.1). Výsledkem každé zkoušky ohybem musí být záznam charakteristické síly odolnosti při průhybu (řízené deformaci), tj. takzvaný diagram odolnosti. Tahové pevnosti pro zatřídění drátkobetonu budou stanovovány z diagramu odolnosti při dvou mezních průhybech (obr.2):
- δtm,cr tj. při průhybu, který odpovídá max. hodnotě nejvýše dosažené síly FRm,cr průměrného diagramu odolnosti, která se zpravidla naměří v rozmezí průhybu δt,m = 0,1 až 0,3mm,
- δt,1 tj. při dohodnutém průhybu omezujícím duktilitu drátkobetonu δt,1 = 3,5mm.
Způsob výpočtu tahových napětí vychází v případě vzniku makrotrhliny δtm,cr z pružného chování průřezu, při dohodnutém průhybu δtm,1=3,5 mm z plně plastizované tahové oblasti a zpravidla kvazipružného chování tlačené oblasti (obr. 3 a 4).
Obr. 1 Schéma uspořádání zkoušky ohybem při čtyř-bodovém uspořádání zatížení
Obr. 2 Průměrný a charakteristický diagram odolnosti odvozený ze zkoušky ohybem s vyznačeným vznikem makro-trhliny δtm,cr a při dohotnutém průhybu δt,1 = 3,5 mm
Obr. 3 Napjatost průřezu normového trámce do vzniku makrotrhliny při kvazilineárněpružném chování
Obr. 4 Napjatost průřezu normového trámce po vzniku makrotrhliny při kvaziplastickém chování
Poznámka ke zkouškám ohybem
Zkoušky ohybem s řízenou deformací je nutno provádět jednotně při rychlosti zatěžování 0,2 mm/min.
3 Příklad zatřídění drátkobetonu s hmotnostními dávkami drátků 50 a 70 kg/m3
Tab. 1 Vyhodnocení pevnostních charakteristik drátkobetonu s drátky DRAMIX pro hmotnostní dávku 50 a 70 kg/m3
| rychlost zatěžování 0,2 mm/min | Dramix RC-80/60-BN | |
|---|---|---|
| 50 kg | 70 kg | |
| prům. krych. pevnost. ffc,mc,cub [MPa] | 67,30 | 78,70 |
| směrodat. odchylka vzorků ks,6(3) [-] | 2,85 | 8,77 |
| charakt. rozptyl ∆fck, cub, 3 [MPa] | 2,85 * 1,77 = 5,04 | 8,77 * 1,89 = 16,58 |
| charakt. krych. pevnost ffc, ck, cub [MPa] | 67,30 - 5,04 = 62,26 | 78,70 - 16,58 = 62,12 |
| nejbližší nižší charakt. krych. pevnost dle TP-FC 1-1, tab 2.7.1b ffc, ck, cub [MPa] | 60 | 60 |
| FC ffc, ck, cyl / ffc, ck ,cub (při uvážení poměru 0,9) | FC 55/60 | FC 55/60 |
| na mezi vzniku makrotrhliny | ||
| průměrná odolnost FRm,cr [KN] | 32,43 | 35,43 |
| směrodat. odchylka σn-1 [-] | 2,90 | 0,50 |
| charakt. rozptyl ∆Fk,cr [KN] | 5,13 | 0,94 |
| charakt. odolnost Frk,cr [KN] | 27,30 | 34,49 |
| charakt. moment MRk,cr = 0,1 * FRk,cr [KNm] | 2,73 | 3,45 |
| charakt. pevnost v tahu za ohybu ffc,tk,fl = 6 * MRk,cr / bh2 [MPa] | 4,85 | 6,13 |
| charakter. pevnost v dostřed. tahu ffc,tk,cr = ffc,tk,fl / 1,45 [MPa] | 3,35 | 4,23 |
| pevnostní třída v dostředném tahu dle TP-FC 1-1, tab. 2.7.2 ffc,tk [MPa] | 3,20 | 4,20 |
| po vzniku makrotrhliny - smluvní mez průhybu δt = 3,5 mm | ||
| reziduální průměrná odolnost FRm,res1 [KN] | 23,52 | 26,86 |
| charakt. rozptyl ∆FRk [KN] | 4,82 | 5,85 |
| reziduální charakteristická odolnost FRk,res,1 [KN] | 18,69 | 21,01 |
| charakter. moment MRk,res,1 = 0,1 * FRk,res,1 [KNm] | 1,87 | 2,10 |
| ekvivalent. charakt. pevnost v dostř. tahu ffc,tk,eq,1 = 2,2 * MRk,res,1 / bh2 [MPa] | 1,22 | 1,37 |
| pevnostní třída v dostředném tahu při δt = 3,5 mm dle TP-FC 1-1, tab. 2.7.3 ffc,tk,1 [MPa] | 1,20 | 1,20 |
| pevnostní třída vláknobetonu FC ffc,ck,cyl/ffc,ck,cub – ffc,tk,cr/ffc,tk,eq | FC 55/60 - 3,20/1,20 | FC 55/60 - 4,20/1,20 |
Obr. 5 Diagram odolnosti drátkobetonu s drátky DRAMIX při hmotnostní dávce 50 kg/m3
Obr. 6 Diagram odolnosti drátkobetonu s drátky DRAMIX při hmotnostní dávce 70 kg/m3
4 Diskuse k výsledkům
Podrobnějším rozborem výsledků odvozených charakteristických pevností drátkobetonů je vidět, že velkou roli při zatřídění do pevnostních tříd (uvedených v TP-FC 1-1) hraje rozptyl naměřených odolností v rámci série pouze s třemi zkušebními trámci.
U pevnosti v tlaku, při objemové hmotnosti drátků 50 a 70 kg/m3 je třeba zatřídit oba drátkobetony do stejné pevnostní třídy FC55/60 MPa (charakteristické hodnoty), přestože rozdíl v průměrné hodnotě krychelné pevnosti v tlaku je o 11,4 MPa větší při hmotnostní dávce 70kg/m3.
Obdobně je tomu v případě tahových pevností na mezi duktility (δtm,1 = 3,5mm), avšak s menšími rozdíly reziduálních odolností.
Z uvedeného porovnání pevnostních tříd drátkobetonů se dvěma hmotnostními dávkami drátků se ukazuje též, že minimální počet zkušebních těles pro prokazování každé pevnostní charakteristiky drátkobetonu by měl být 6 kusů. Tím by došlo k zohlednění homogenity zkoušeného konstrukčního drátkobetonu, která je pro jeho využití v nosných konstrukcích nejdůlěžitější.
5 Závěr
Návrh uvedené metodiky zkoušení drátkobetonu a příklady zatřídění drátkobetonu s dávkami drátků 50 a 70 kg/m3 do pevnostních tříd jsou ukázkou doporučené cesty podle TP-FC 1-1.
Z uvedeného příkladu jednoznačně vyplývá potvrzení skutečnosti, že vyšší dávka drátků má vést k vyšším pevnostním charakteristikám, tudíž k vyšší pevnostní třídě drátkobetonu za předpokladu dobrého návrhu složení drátkobetonu. Protože uvedený příspěvek byl zpracován podle TP FC 1-1 je doporučeným způsobem pro zatřídění drátkobetonu do příslušných pevnostních tříd a je třeba ho brát jako podklad k diskusi odborné veřejnosti, která by měla proběhnout před vypracováním definitivních evropských norem.
6 Poděkování
Uvedený příspěvek byl zpracován za finanční podpory SGS13/040/OHK1/1T/11.
Literatura
- [1] TP FC 1-1 Technické podmínky 1: Vláknobeton – Část 1: Zkoušení vláknobetonu, vyhodnocení destruktivních zkoušek a stanovení charakteristického pracovního diagram vláknobetonu pro navrhování vláknobetonových konstrukcí; ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra betonových a zděných konstrukcí, Praha 2007;
Značný problémem širšího využívání drátkobetonů ve stavební praxi jsou nejednotná metodika pro vyhodnocování pevnostní třídy drátkobetonu, ale i používání různých dávek drátků do jednotkového objemu betonu, které ovlivňují výsledné pevnostní třídy drátkobetonů. Článek ukazuje rozdíly ve výsledných pevnostních třídách drátkobetonů s rozdílnými dávkami drátků DRAMIX RC-80/60-BN (50a 70 kg/m3betonu). Byly ověřovány pevnosti v tlaku na krychličky o hraně 150 mm a dvě pevnosti v tahu ohybem na trámcích o rozpětí 600 mm. Autoři v úvodu konstatují, že hlavní překážkou většího využívání drátkobetonu v praxi je nedostatek podkladů pro projektanty, kteří by mohli využívat tohoto nového druhu betonu v návrhu konstrukcí. Příspěvek je určen jako návod k normovému zkoušení a stanovení příslušných pevnostních tříd drátkobetonů a současně ke sledování různého množství použitých drátků v betonu. V příspěvku je zpracována doporučovaná metodika zkoušení tlakových i tahových pevností při dvou mezních průhybech, nezbytných pro návrh třídy betonu. V další části je popsán praktický přehled zatřídění drátkobetonu se dvěma odlišnými dávkami drátků do betonu. Důležitým faktorem je homogenita vyrobeného drátkobetonu. Příspěvek se zabývá velmi aktuálním problémem použití různých dávek drátků do betonu a nutnosti zařazení do pevnostních tříd podle doporučení pracovištěm zpracovaných technických podmínek 1 : vláknobeton – část 1: Zkoušení vláknobetonu, vyhodnocení destruktivních zkoušek a stanovení charakteristického pracovního diagramu vláknobetonu pro navrhování vláknobetonových konstrukcí, označených TP FC1-1 z roku 2007. Příspěvek poslouží k orientaci v problematice drátkobetonů a měl by být brán jako podklad k diskuzi odborné veřejnosti, která by měla proběhnout před vypracováním evropských norem.
Inconsistent methodology for evaluating the strength classes of SFRC (Steel Fibre Reinforced Concrete), but also various weight dose of steel fibres undoubtedly affect to the final classification of strength class. The paper aims is to show the difference in the resulting SFRC strength classes by using two different weight dose of fibres (50 and 70 kg/m3) at loading speed 0,2 mm/min by the use of Dramix RC-80/60-BN fibres.