Kontrola vlastností čerstvého samozhutnitelného betonu

30. 6. 2008

Hodnocení vlastností čerstvého betonu se řadu let omezovalo prakticky pouze na posouzení jeho zpracovatelnosti (konzistence), objemové hmotnosti a obsahu vzduchu. Nástup technologie samozhutnitelného betonu (Self-Compacting Concrete, SCC) si však vyžádal mnohem podrobnější zkoumání chování betonu v čerstvém stavu. Pro měření parametrů čerstvého SCC byla proto vyvinuta řada nových zkušebních metod a postupů.

Mezi základní charakteristiky sledované u čerstvých SCC patří zejména jejich pohyblivost, odolnost proti segregaci a rozmíšení, náchylnost k blokování kameniva výztuží a k tzv. krvácení (uvolňování záměsové vody) i některé jiné. Kolébkou většiny metod určených k posuzování těchto parametrů SCC je Japonsko – země s největším produkovaný m objemem SCC na světě. V průběhu 90. let minulého století došlo v souvislosti s expanzí technologie SCC do USA a Evropy k nekoordinovanému šíření těchto nový ch zkušebních metod ve stavební praxi. Vý sledkem tohoto převážně živelného procesu jsou různé modifikace jednotlivých zkušebních metod, které jsou určeny pro hodnocení shodného parametru SCC. Tyto modifikace jsou mnohdy závislé na místních zkušenostech nebo zvyklostech. Vzájemná porovnatelnost takto stanovených parametrů SCC je pochopitelně velmi nízká, stejně jako reprodukovatelnost provedených zkoušek a měření.

V Evropě se řešením této situace zabýval především projekt TESTING – SCC podporovaný Evropskou komisí [1, 2]. Tento projekt posuzoval vybrané zkušební metody určené pro zkoušení vlastností čerstvých SCC zejména z hlediska jejich územní univerzálnosti (možnosti celoevropského využití). V tomto příspěvku jsou uvedeny výsledky ověřování vzájemné zaměnitelnosti (kompatibility) těchto metod, a to včetně popisu použitých zkušebních zařízení a postupů. Dále uvedené zkoušky a měření byly provedeny ve stavebních laboratořích Centra dopravního výzkumu (pracoviště autorů příspěvku).

Metody stanovení parametrů čerstvého SCC

Zkouška rozlitím kužele (Slump-flow test)

Zkušební postup je modifikací metody pro stanovení konzistence čerstvého betonu sednutím podle âSN EN 12350-2 (v laboratořích CDV je užíván kužel v obrácené poloze). Při zkoušce je kužel umístěn do středu vodorovné podložky o rozměrech 800x800 mm a naplněn čerstvým betonem (obr. 4). Uprostřed podložky je vyznačena kružnice o průměru 500 mm. Zvednutím kužele je zkoušenému betonu umožněno rozlití po podložce. Sledované parametry čerstvého SCC u této zkušební metody jsou:

● hodnota T50, tj. čas, za který se „koláč“ vzorku rozlije na průměr 500 mm,

● hodnota M, tj. maximální průměr rozlití „koláče“.

Obr. 4: Zkouška rozlitím kužele (Slump-flow test)

Zkouška přístrojem L-box (L-box test)

Tato zkušební metoda simuluje ukládání čerstvého SCC do konstrukce včetně jeho průchodu výztuží. Při vlastní zkoušce se čerstvým betonem naplní svislá část přístroje (obr. 2) a zvednutím posuvných dvířek se betonu umožní volně vytéci přes osazené pruty výztuže (v našem případě 3x žebírková ocel profil 12 mm o osové vzdáleností 50 mm, obr. 3) do vodorovné části L-boxu.

Měřené parametry čerstvého betonu v tomto případě jsou:

● čas T₄₀, tj. doba, za kterou dosáhne „čelo“ čerstvého betonu pohybující se ve vodorovné části přístroje vzdálenosti 400 mm od ústí svislé části přístroje,

● čas T₆₀, tj. doba za kterou dorazí „čelo“ čerstvého betonu na konec vodorovné části přístroje,

● výška H1, tj. ustálená výška čerstvého betonu u ústí svislé části přístroje,

● výška H2, tj. ustálená výška čerstvého betonu ve vodorovné části přístroje ve vzdálenosti 400 mm od posuvných dvířek.

Výpočtem lze potom u této zkušební metody stanovit míru blokování pohybu čerstvého betonu výztuží B, která je dána vztahem:

B = H2/H1.

Zkouška přístrojem Orimet (Orimet test)

Při zkoušce čerstvého betonu přístrojem Orimet (obr. 2) měříme čas průtoku zúženým ústím přístroje označovaný T_o. Výsledky takto provedené zkoušky informují s přijatelnou mírou přiblížení o viskozitě směsi, resp. o její pohyblivosti. Metoda neumožňuje posouzení dalších parametrů čerstvého SCC. Sledovaná charakteristika čerstvého SCC:

● čas T_o, tj. doba výtoku čerstvého betonu z přístroje.

Při měřeních realizovaných v laboratořích CDV byl přístroj Orimet umístěn současně na podložku rozměrů 800x800 mm běžně používanou při zkoušce rozlitím kužele. Analogicky shodnotami T₅₀ a M (viz výše zkouška rozlitím kužele) byly takto stanoveny hodnoty označované dále T_o50 a M_o (obr. 6). Všechny tyto hodnoty jsou dále využívány při posuzování sledovaných korelačních závislostí.

Zkouška přístrojem J-ring (J-ring test)

Zkouška provedená tímto přístrojem (obr. 3) charakterizuje chování čerstvého betonu ve vztahu k výztuži (blokování kameniva). Vyhodnocení výsledků zkoušky je prováděno vizuálně (obr. 7 a 8).

Obr. 7: Vyhovující výsledek zkoušky přístrojem J-ring

Obr. 8: Příklad negativního výsledku J-ring testu

Zkouška kombinací přístrojů Orimet a J-ring

Další možností, jak efektivně ověřit vlastnosti čerstvého SCC, je kombinace jednotlivých zkušebních metod. Při realizovaných porovnávacích zkouškách bylo proto ověřeno stanovení parametrů čerstvého SCC kombinovaným použitím přístrojů Orimet a J-ring. Tato alternativa umožňuje v průběhu jedné zkoušky posoudit chování čerstvého SCC jak z hlediska jeho pohyblivosti, tak sohledem na blokování SCC výztuží.

J-ring test je při této variantě zkoušky umístěn centricky pod ústím Orimetu (obr. 9). Parametry chování čerstvého SCC jsou v tomto případě:

● čas T_o, tj. doba průtoku betonové směsi ústím Orimetu,

● vizuální posouzení blokování pohybu betonové směsi J-ringem.

V rámci provedených experimentů byla při tomto uspořádání zkoušky ověřována rovněž možnost nahradit vizuální posuzování míry blokování směsi výztuží hodnocením založeným na stanovení parametrů T_J50a M_J. Pro zjištění hodnot T_J50 a M _J byly přístroje Orimet test a J-ring test umístěny na podložku používanou pro zkoušky rozlitím kužele (obr. 10). Naměřené hodnoty T_J50 a M _J jsou analogické s hodnotami T₅₀ a M, resp. T_o50 a M _o. Poměr mezi hodnotami T_J50 a M _J a hodnotami T₅₀ a M, resp. T_o50 a M _o, potom vyjadřuje míru blokování betonové směsi výztuží. Realizované experimenty zatím neprokázaly dostatečnou citlivost této metody.

Obr. 9: Kombinace Orimet test/J-ring test, uspořádání zkoušky

Posuzování kompatibility vybraných zkušebních metod

Stanovení vzájemné kompatibility jednotlivých zkušebních metod je důležité z hlediska ověření jejich praktické zaměnitelnosti. Ta je významná např. ve vztahu mezi průkazními zkouškami prováděnými v rámci návrhu složení SCC a kontrolními zkouškami realizovanými přímo na staveništi. V případech, kdy kompatibilita zkušebních metod není prokázána, je nutno pro posouzení parametrů SCC na stavbě použít vždy shodné zkušební postupy a zařízení jako při průkazních zkouškách v laboratoři.

Kompatibilita výše popsaných zkušebních metod byla posuzována porovnáním následujících dvojic parametrů získaných ze zkoušek provedených na čerstvém betonu:

1. Maximální průměr rozlití zkušebního koláče u zkoušky Orimet test ku maximálnímu průměru rozlití koláče z kombinace zkoušek Orimet test/J-ring test (graf č. 1).

Výsledky porovnání: regresní rovnice

y = 0,7924x + 170,3; R² = 0,9325.

2. Čas rozlití čerstvého betonu na průměr 500 mm u zkoušky Orimet test ku času rozlití čerstvého betonu z kombinace zkoušek Orimet test/
J-ring test (graf č. 2).

Výsledky porovnání: regresní rovnice

y = 0,9775x + 0,2397; R² = 0,8952.

3. Maximální průměr rozlití zkušebního koláče u zkoušky Orimet test ku maximálnímu průměru rozlití koláče ze zkoušky rozlití kužele (graf č. 3).

Výsledky porovnání: regresní rovnice

y = 0,7384x + 102,81; R² = 0,7463.

4. Čas rozlití čerstvého betonu na průměr 500 mm u zkoušky Orimet test ku času rozlití čerstvého betonu ze zkoušky rozlití kužele na průměr 500 mm (graf č. 4).

Výsledky porovnání: regresní rovnice

y = 0,9243x + 0,6306; R² = 0,5757.

5. Poměr výšek H2/H1 stanovený ze zkoušky L-boxem ku maximálnímu průměru rozlití koláče ze zkoušky rozlití kužele (graf č. 5).

Výsledky porovnání: regresní rovnice

y = 0,0008x + 0,3925; R² = 0,5493

(zkoušky provedené v časech t > 0 min.);

regresní rovnice

y = 0,0015x – 0,1702; R² = 0,8584

(zkoušky provedené v časech t = 0 min.).

6. Čas potřebný k dosažení bodu T₄₀ u zkoušky L-boxem ku času rozlití čerstvého betonu na průměr 500 mm u zkoušky rozlití kužele (graf č. 6).

Výsledky porovnání: regresní rovnice

y = 1,0672x – 0,8617; R² = 0,8798

(zkoušky provedené v časech t > 0 min.);

regresní rovnice

y = 1,0038x – 0,6597; R² = 0,8334

(zkoušky provedené v časech t = 0 min.).

7. Maximální průměr rozlití koláče ze zkoušky rozlití kužele ku poměru výšek H2/H1 stanovenému ze zkoušky L-boxem (graf č. 7).

Výsledky porovnání: regresní rovnice

y = 193,48x + 546,55; R² = 0,6893

(zkoušky provedené v časech t > 0 min.);

y = 322,11x + 342,78; R² = 0,4623

(zkoušky provedené v časech t = 0 min.).

Diskuse výsledků

Porovnávacími zkouškami zjištěné průběhy regresních křivek a stanovené hodnoty R² kolísají v relativně širokých mezích. Tato skutečnost signalizuje značnou proměnlivost vzájemné kompatibility různých zkušebních metod používaných pro měření parametrů čerstvých samozhutnitelných betonů. Dobrou porovnatelnost dosahují podle výše uvedených výsledků především parametry čerstvých SCC zjišÈované jednoduššími zkušebními metodami, které jsou založeny na obdobném principu (např. rozlití zkušebního koláče). Výsledky takovýchto zkoušek jsou vzájemně relativně dobře zaměnitelné. Naopak vztah výsledků zkoušek, u kterých jsou porovnávány vlastnosti čerstvých SCC prostřednictvím parametrů stanovených na různém fyzikálním principu (např. čas x délka), lze označit za velmi volný. U zkoušek prováděných v různých časových odstupech od ukončení míchání směsi (čas t = 0 min., resp. časy t > 0 min.) jsou v jednotlivých případech zjištěné hodnoty R² značně nevyrovnané. K prokázání závislosti mezi stanovenými hodnotami R² a dobou, která uplynula od konce míchání čerstvého SCC, jsou v současné době ve stavebních laboratořích CDV prováděny další série měření a zkoušek.

Závěr

Provedený soubor experimentů naznačuje, že korelační závislosti parametrů čerstvých samozhutnitelných betonů v případech, kdy hodnoty parametrů jejich posuzovaných vlastností byly zjištěny různými zkušebními metodami, nelze ve většině případů obecně stanovit. Kontrolní měření vlastností čerstvých samozhutnitelných betonů prováděné na stavbách bude proto nutno v převážné většině případů realizovat stejnou zkušební metodou, jaká byla použita při průkazních zkouškách, resp. korelační závislost mezi parametry stanovenými různými zkušebními metodami bude v případě nezbytnosti nutno stanovovat individuálně.

ALEŠ KRATOCHVÍL, KAREL POSPÍŠIL

foto archiv autorů

Příspěvek byl zpracován za podpory výzkumného záměru MD 0-44994575 Udržitelná doprava – šance pro budoucnost.

Literatura:

1) Bartos, P. J. M.: TESTING – SCC, Measurement of properties of fresh self-compacting concrete. http://www.civeng.ucl.ac.uk/research/concrete/Testing-SCC.

2) Hela, R. – Kubíček, P.: Vývoj jednotné metodiky zkoušení čerstvých samozhutnitelných betonů. In: Sborník semináře TKP staveb pozemních komunikací, kapitola 18, Beton pro konstrukce. Praha 2005, s. 72–84.

Ing. Aleš Kratochvíl (*1958)

je absolventem Fakulty stavební Vysokého učení technického v Brně a specializačního studia Ústavu soudního inženýrství. V roce 1997 byl jmenován soudním znalcem pro obor stavebnictví. Technologii betonu se věnuje více jak 20 let, zpočátku v Inženýrských a průmyslových stavbách Praha, později ve Středisku výzkumu a laboratoří Vojenských staveb. V současnosti pracuje jako zástupce vedoucího sekce dopravní infrastruktury a vedoucí stavebních laboratoří Centra dopravního výzkumu.

Doc. Ing. Karel Pospíšil, Ph.D., (*1969)

je absolventem Vysokého učení technického v Brně, Fakulty stavební, oboru konstrukce a dopravní stavby (Ing.) a Dopravní fakulty Univerzity Pardubice (Ph.D.). Je autorizovaným inženýrem v oboru dopravních staveb. V Centru dopravního inženýrství pracuje jako vedoucí sekce dopravní infrastruktury a zabývá se výzkumem v oblasti diagnostiky stavebních materiálů a konstrukcí. Je výzkumným koordinátorem FEHRL (Fórum evropských národních silničních výzkumných laboratoří) za Českou republiku. Pracuje na projektech rámcového programu EU.