Prüfung von Festbeton unter Spannung

Quelle: Roberto Leon, Department of Civil and Environmental Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA

In einem früheren Labor konzentrierte sich auf Beton in Kompression beobachteten wir, dass Beton sehr große Spannungen unter einachsiger Druckkräften standhält. Die Ausfälle zu beobachten waren jedoch nicht Kompressive Ausfälle aber Misserfolge auf Scherflächen, wo maximale Zugkräfte auftreten. Daher ist es wichtig, das Verhalten von Beton in Spannung und vor allem seine maximale Stärke zu verstehen, wie das Regieren beide seine ultimative und service-Verhalten. Aus Sicht des ultimativen werden Kombinationen von Spannung und Schubspannungen zu knacken und sofortige und katastrophale Fehler führen. Deshalb ist, konkrete selten wenn überhaupt in unbewehrtem Zustand in Strukturanwendungen benutzt; konkretesten Mitglieder werden mit Stahl verstärkt werden, so dass diese Risse gestoppt werden können und die Rissbreiten beschränkt. Letzteres ist wichtig aus der Sicht der Gebrauchstauglichkeit, weil Rissbreiten Steuerung und Verteilung ist der Schlüssel für Langlebigkeit, wie das Enteisungsmittel Salze und ähnliche Chemikalien aus eindringen und die Verstärkung aus Stahl korrodieren behindert werden.

Die Ziele dieses Experiments werden verfolgt: (1) zur Durchführung von Zug-Split Zylinder Tests ermitteln, konkrete Zugfestigkeit (2) zur Durchführung Strahl Tests um konkrete Zugfestigkeit festzustellen, und (3), den Einfluss der Stahlbewehrung auf zu demonstrieren durch den Vergleich des Verhaltens von leicht verstärkter Strahl mit einem unbewehrten Verhalten.

Die Zugfestigkeit Kapazität (f_t) spröde Verbundwerkstoff wie Beton ist oft im Bereich von 1/10 der Kapazitätsgrenze Kompression (f'c). Dieses Verhalten wird durch die Existenz einer sehr schwachen Schicht, genannt die Grenzflächen Übergangszone (ITZ), zwischen der Mörtel und das Aggregat angetrieben. Dieser sehr dünnen Schicht (nur ca. 40 μm oder so) enthält weniger diesem Zement und Kalzium Silikate hydrate (C-S-H) als Mörtel, aber mehrere große orientierten Kristalle von Calciumhydroxid (C-H) sowie als Trisulfate spendet Feuchtigkeit (oder Ettringit, der langen nadelförmigen -Strukturen). Diese beiden Faktoren tragen zu einer größeren Porosität in dieser Schicht und damit zu geringerer Festigkeit. Darüber hinaus bedeutet die Tatsache, dass der durchschnittliche Abstand zwischen den zuschlagkörnern nur 2-bis 2,5-fache der Dicke der ITZ, dass ein Großteil der Mörtel durch einige Schätzungen bis zu 40 %, setzt sich aus dieser schwächeren Material.

Das spröde Verhalten von Beton wird durch das Wachstum der Mikrorisse, die zu propagieren von Spannungskonzentrationen angetrieben, die zwischen Aggregat und Mörtel auftreten. Was ist konzeptionell, den Zustand der Spannung um eine idealisierte Runde aggregierten Teilchen wie eine Druckbelastung angewendet wird? Da die Komprimierung versucht zu "fließen" rund um das Teilchen und der kraftvektor geneigt wird, entwickeln Zugkräfte in horizontaler Richtung. Diese Kräfte sind an der Schnittstelle durch Spannungskonzentrationen höher. Die Kombination von große Zugkräfte und eine schwache ITZ führen zu einer bevorzugten Rissbildung in diesem Bereich.

Mit zunehmender die Druckspannung in einem Zylinder-Test beginnen diese Risse zu wachsen und als Ergebnis die transversalen Zugspannungen, bestehende erste Mikrorisse und das Vorhandensein von schwachen ITZ zu propagieren. Der Riss Wachstum Wille werden instabil wie Beton erreicht seine maximale Stärke, und der Beton verliert seine Fähigkeit, sehr schnell als Risse bleiben propagieren mit großer Geschwindigkeit. Dies führt zu insgesamt spröde Verhalten für Beton sowie für viele ähnliche keramische Materialien mit schwachen Schnittstelle Zonen.

Die charakteristische geringe Zugfestigkeit Kapazität des Betons erschwert auch eine direkte Spannung testen zu leiten, wie konventionelle Zugproben neigen, um die Griffe durch Spannungskonzentrationen scheitern. Eine elegante Lösung dieses Problem ist Zylinder auf ihrer Seite zu testen. Diese Methode wird der geteilten Zylinder oder brasilianischen Test. In diesem Test als eine bewegt sich weg von der Beladung Köpfe wo gibt es einen Komplex von Stress, wird eine gleichmäßige horizontale Zugspannung Feld zu entwickeln. Da der Beton in Spannung schwach ist, führt dies zu einen vertikalen Sprung und die Aufspaltung des Zylinders. Aus statistischen Studien soll die Zylinder-Split-Test Zugfestigkeit Kapazitäten in der Größenordnung von 6√f'czu geben.

Eine weitere indirekte Weise der Prüfung von Beton in Spannung soll ein kurzer Strahl Exemplar in einer Vierpunkt-Biege-Test-Konfiguration verwenden. Der zentrale Teil des Strahls ist unter Konstanten Moment und NULL Scherung und somit eine einfache Beziehung zwischen der Bruchlast, die geometrischen Eigenschaften und die Zugfestigkeit des Balkens mit elastischen Theorie Prinzipien abgeleitet werden kann. Der Strahl wird plötzlich Versagen, sobald ein Riss an der Unterseite bildet und keine Restfestigkeit haben. Obwohl allgemein bekannt ist, dass bei Ausfall der Verteilung der Stämme über die Tiefe der den Betonbalken folgt derjenigen der elastischen Theorie nicht ganz, diese Inkonsistenz gilt in der Regel wenig Einfluss auf das Endergebnis haben. Aus statistischen Studien soll die Strahl-Zugversuch Zugfestigkeit Kapazitäten in der Größenordnung von 7.5√f'czu geben.

Das plötzliche und spröde Versagen beobachtet in den Betonbalken Test wäre inakzeptabel in einer praktischen Anwendung, wo Duktilität und Restmüll Kraft, zumindest tragen Gravitationslasten ist erforderlich. Stahlbewehrung wird hinzugefügt (oder unten Zug-Seite) des Balkens zu verhindern, dass solche plötzlichen Ausfall; Da der Beton beginnt zu knacken, startet der Stahl die Zugkräfte aufnehmen. Die Technik funktioniert, solange der Bars, die Oberfläche Deformationen zu helfen, Kräfte aus dem Beton übertragen haben, richtig verankert sind. Bei einem kurzen Strahl wie jene, die hier getestet werden, wird dies durch die Bereitstellung von eines Haken am Ende der Balken erreicht werden. Da Diagonale scherrisse in der Nähe der Mitte Tiefe des Strahls auftreten können, werden vertikale Steigbügel darüber hinaus in der Regel bereitgestellt. Schließlich wegen der unbestimmten Art von Stahlbetonkonstruktionen ist es schwer zu wissen sicher wo Spannung und komprimiert werden, auf einem Balken unter einen bestimmten Satz von Lasten. Aus diesem Grund werden Bars auch platziert an der Spitze, was zu der typischen Stahlkäfig, die in den meisten Balken aus Stahlbeton Strukturen gesehen wird.

(1) Split-Zugversuch

1. Für diesen Test verwenden die Probe-Zylindern, die zuvor bereit waren (siehe Jupiter Video " "Tests auf frischem Beton""). Erreichen Sie zwei dünne Streifen aus Balsa Holz o.ä. (ca. 1/8" " x 1 "" Breite X 8 dick' lang), um zu helfen, die Belastungen auf die Zylinder zu verteilen.
2. Messen Sie die Dimensionen der beiden Zylinder. Zeichnen Sie eine Linie entlang der Durchmesser an jedem Ende der Probe halbiert den Zylinder.
3. Center ein Streifen entlang der Mitte der unteren Lagerbock der Prüfmaschine.
4. Setzen Sie den Zylinder auf dem Strip und so richten Sie aus, dass die Linien an den Enden der Probe vertikale und zentriert über den Strip sind.
5. Legen Sie einen zweiten Streifen längs auf dem Zylinder.
6. Senken Sie den oberen Kopf der Prüfmaschine geladen, bis die Baugruppe in der Maschine befestigt ist.
7. Schätzung, die maximale Belastung der Probekörpers nehmen kann, vorausgesetzt die Zugfestigkeit ist 6√f'c , f'c der nominalen konkrete Druckfestigkeit.
8. Gelten die Druckbelastung langsam (bei rund 100 Psi bis 200 Psi pro min.) und kontinuierlich, bis die Probe in Split Spannung ausfällt.
9. Notieren Sie die maximale Belastung.
10. Untersuchen der Bruchfläche und schätzen den Anteil der Aggregat, das gebrochen hat.

2. Strahl-Zugversuch

1. Konstruieren Sie ein Betonbalken mit einem 4 Zoll x 4 Zoll und 36 Zoll in der Länge.
2. Installieren Sie eine 4-Punkt-Biegung Prüfeinrichtung in der Prüfmaschine.
3. Vorsichtig heben Sie den Strahl und installieren Sie es in den Test eingerichtet.
4. Schalten Sie die Prüfmaschine und aktivieren Sie die Software laden und Verformungen zu lesen.
5. Schätzen Sie die maximale Belastung die Probe nehmen, vorausgesetzt, die Zugfestigkeit beträgt 7,5√f'c und gelten die Druckbelastung langsam (bei rund 100 Psi bis 200 Psi pro min.) und kontinuierlich, bis die Probe ausfällt.
6. Notieren Sie die maximale Belastung.
7. Untersuchen der Bruchfläche und schätzen den Anteil der Aggregat, das gebrochen hat.

3. verstärkte Beam Test

1. Konstruieren einer Betonbalken, verstärkt mit zwei #3 Bars (3/8 Zoll Durchmesser) etwa 0,5 Zoll vom Boden entfernt. Die Bars haben Haken an den Enden um eine Bar zu verhindern ausziehbares scheitern. Der Strahl ist 4 Zoll X 4-Zoll im Querschnitt mit einem 36 Zoll in der Länge nicht unterstützt.
2. Installieren Sie eine 4-Punkt-Biegung Prüfeinrichtung in der Prüfmaschine.
3. Vorsichtig heben Sie den Strahl und installieren Sie es in den Test eingerichtet.
4. Schalten Sie die Prüfmaschine und aktivieren Sie die Software laden und Verformungen zu lesen.
5. Schätzen Sie die maximale Belastung die Probe nehmen, vorausgesetzt, die Zugfestigkeit beträgt 7,5√f'c und gelten die Druckbelastung langsam (bei rund 100 Psi bis 200 Psi pro min.) und kontinuierlich, bis die Probe ausfällt.
6. Aufzeichnung der angewendeten Last und Verformungen im Laufe des Tests.

Die Zugfestigkeit für die maximale Druckbelastung während der Split-Zugversuch erreicht wird durch die folgende Formel gegeben:
f_t = 2Pmax / (πDL)
wo D ist der Durchmesser (Zoll), L ist die Länge (Zoll) und Pmax ist die maximale Druckbelastung (lb) während der Zugversuch erreicht. Für diese Tests wurde der Durchschnitt 388 Psi mit einer Standardabweichung von 22,2 Psi (Tabelle 1).

# Testen	(Psi)	P (lbs)	(Psi)
1	4780	18456	367.17	5.31
2	4780	20678	411.38	5.95
3	4780	19385	385.65	5.58
		Durchschnitt =	388.07	5.61
		St. dev	22.20 Uhr	0,32

Tabelle 1. Ergebnisse für die Split-Zugversuch.

Die Zugfestigkeit für die maximale Druckbelastung während der Strahl Zugversuch erreicht wird durch die folgende Formel gegeben:
f_t P_maxL = / (bd²)
wo d ist die Tiefe (Zoll), b ist die Breite L ist die Länge (Zoll) und P_max ist die maximale Druckbelastung (lb) während der Zugversuch erreicht. Diese Formel gilt für den Fall, wo die Lasten an den dritten stellen angewendet werden. Für diese Tests wurde die durchschnittliche 522,9 Psi (Tabelle 2).

# Testen	(Psi)	P (lbs)	(Psi)
1	4780	2675	501.6	7.3
2	4780	2903	544.3	7.9
		Durchschnitt =	522.9	7.6
		St. dev	30.23	0,44

Tabelle 2. Ergebnisse für den Zugversuch Strahl.

Die Last-Biegelinie für unbewehrten und Stahlbeton Balken ist in Abb. 1 dargestellt. Der unverstärkte Strahl wahrscheinlich folgte dem gleichen Lastpfad zunächst aber nicht, sobald die ersten Risse aufgetreten. Die verstärkte zeigt eine leichte Diskontinuität als die anfängliche Rissbildung auftrat und eine etwas geringere Steifigkeit als es beginnt zu laden wieder im gerissenen Zustand holen. Die Last zu erhöhen, bis der Beton beginnt, Ausbeute beginnt die Kurve zu glätten, kontinuierliche. Jedoch weil der Stahl ist sehr dehnbar und Stamm verhärtet, die Last wird weiterhin leicht erhöhen und Scheitern bei sehr großen Verformungen auftreten wird, wenn der Beton an der Spitze zermalmt.

Abbildung 1: Vergleich der Last-Ablenkung Kurven für unbewehrte (blau) und verstärkte (rote) Betonbalken bei (a) kleine Lasten und (b) große Lasten (volle Kurven).

Der Test zeigte die spröde Art der Zug-Ausfällen in Beton und zeigte, dass die Zugfestigkeit nur ein Bruchteil (1/8 bis 1/12 ist), die von der Druckfestigkeit. Spröde Ausfälle dieser Art hätte katastrophale Folgen für die Sicherheit der Menschen, und somit müssen alle Betonkonstruktionen mit Stahl (oder ähnlich) Bars, Zugkräfte nehmen verstärkt werden. Ein Vergleich der Last-verformungskurve für die unverstärkten und verstärkten Balken zeigen nicht nur, dass letztere mehr Kraft, sondern auch große Verformung Kapazität besitzt.

Der Schlüssel zu Sicherheit und langfristige Leistung von Betonbauwerken soll Stahlverstärkung in Bereichen von hohen Zug- und Scherfestigkeit Spannungen zur Verfügung stellen. Der Stahlbedarf notwendig, um dieses Ziel zu erreichen ist im Allgemeinen klein, in der Größenordnung von 1-1,5 % des Gebiets der konkreten Querschnitt. Diese geringe Menge bedeutet, dass konkrete Strukturen können wirtschaftlich, sicher und gute Wartungsfreundlichkeit bieten. Darüber hinaus die Fähigkeit, in jedem Beton eingegossen gewünscht Form gibt Architekten großen Spielraum bei der Entwicklung von ästhetisch Strukturen.