FI73080B - Provanordning foer bestaemning av haollfastheten hos betong. - Google Patents

Description

j 73080

Koestuslaite betonin lujuuden määrittelemiseksi

Keksinnön kohteena on laite betonin lujuuden määrittelemiseksi, jossa on betonin pintaan asetettava kuormitus-5 yksikön teline, joka on liitoselementin kautta yhdistetty kuormitusyksikköön, koestettavaan kovettumattomaan betoniin aseteltavaa sisäänasetuselementtiä varten ja voimanmittaus-elin. Kuormitusyksikkö rasittaa betonia vetokuormituksella ja siinä on laite murtokuormituksen mittaamiseksi betonin 10 murtumisen yhteydessä. Voiman mittauselin on sovitettu tu-kitelineelle, joka on puolestaan asetettu koestettavalle betonille.

Betoni- ja teräsbetonirakenteissa on välttämätöntä voida määritellä tekniset parametrit, pääasiallisesti kovet-15 tuneen betonin mekaaniset ominaisuudet siitä riippumattomasti, käytetäänkö ennalta valmistettuja rakenteita vai paikalla tehtyjä betonirakenteita. Jo betonirakenteen alkuajoista lähtien on ollut tavanomaista valmistaa erilaisia koekappaleita, esim. koekuutioita, harvemmin erityisesti 20 muotoiltuja koekappaleita, kuormittaa niitä murtumiseen saakka ja päätellä niistä betonin lujuus.

Nämä koestukset tarjoavat kuitenkin ainoastaan informatiivisia tuloksia, joista ei voida täydellä varmuudella päätellä asennettujen rakenteiden tosiasiallisia mekaanisia 25 ominaisuuksia. Ensimmäinen ja tärkein syy siihen on, että koekappaleiden käsittelyolosuhteet poikkeavat oleellisesti tosiasiallisten rakenteiden olosuhteista. Toisaalta voi koekappaleiden kovettuminen tapahtua myös täysin erilaisten olosuhteiden vallitessa.

30 Kokemuksen mukaisesti esittävät koekappaleet huomat tavasti edullisemman kuvan betonin lujuusparametreista kuin todellisuus. Tästä syystä on jo vuosikymmeniä pyritty suorittamaan sellaisia mekaanisia koestuksia, joissa näytteet otetaan tosiasiallisesta betonista ja näistä saatuja murto-35 tuloksia arvioidaan.

2 73080

Viimeksi mainitun menetelmän yhteydessä leikataan valmiiden rakenteiden tietyistä kohdista koekappaleita, esim. koekuutioita ja niitä kuormitetaan murtumiseen sakka. Tätä menetelmää ei kuitenkaan käytetä usein toisaalta menetelmän 5 karkeuden vuoksi, toisaalta siitä syystä, että valmiita rakenteita ei useinkaan saa rasittaa siten, toisin sanoen ylipäänsä jiihin ei saa tehdä leikkauksia. Tämä harkinta johti siihen, että betoniin upotetaan vielä raassa tilassa eri tavoin tehtyjä karoja ja ulosvetämiseksi vaadittavasta voimas-10 ta päätellään betonin mekaaniset ominaisuudet (US-PS 4 103 540).

Tällä menetelmällä saadut kokemukset eivät olleet yksiselitteisesti suotuisia, koska murtumapoikkileikkaus oli karan ulosvetämisen yhteydessä sattuman mukaan aina erilai-15 nen. Siten vaikka voima tosin mitattiin huolellisesti, ei kuitenkaan saatu luotettavia tuloksia, koska poikkileikkausta ei voitu koskaan määritellä tarkasti.

Parempana kuin menetelmiä, joihin liittyy karan ulos-vetäminen, pidettiin niitä menetelmiä, joiden yhteydessä 20 mekaaniset ominaisuudet pääteltiin huokossisällöstä ja se-mentti-vesikertoimesta (DD-PS 102 043). Enemmän tai vähemmän samantapaisiin analyyseihin perustuvat ne pikamenetelmät lujuuden määrittelemiseksi, jotka ovat tunnettuja patenttijulkaisuista CA-PS 2 607 919, US-PS 3 974 679 ja FR-PS 25 2 323 149. Niillä on yhteisenä epäkohtana, että lähtötietojen epävarmuus aiheuttaa näytteiden tuloksista tehtävien päätelmien epävarmuuden.

DE-PS 1 917 242 ja 1 917 730 sekä US-PS 3 176 053 mukaisesti valetaan koekappale yhteen koestettavan betoni-30 rakenteen kanssa. Näin valmistetaan nk. koesydämiä; ne nostetaan betonin kovettumisen jälkeen koestettavan betonin kanssa yhteen valetusta tilasta ulos ja niitä kuormitetaan sen jälkeen koestuskoneella murtumiseen saakka.

Edullisimmaksi osoittautui viimeksi mainitun menetel-35 män se suoritusmuoto, jossa betonielementtiin upotettiin kaksiseinäisiä, teleskooppimaisesti ulosvedettäviä hylsyjä. Vielä näiden kehittyneempien menetelmien yhteydessä vallitsee 3 73080 epävarmuus murtuman poikkileikkauksesta, joten saadut tulokset ovat vaikeasti verrattavissa keskenään.

Edelleen ovat tunnettuja menetelmät, joiden yhteydessä koekappale repäistään jälkeenpäin irti kovettuneesta be-5 tonista ja murtovoimasta päätellään mekaaniset ominaisuudet (US-PS 3 861 201 ja AP-PS 320 313). Menetelmää käytetään betonin ja muiden vähitellen kovettuvien massojen lujuuspara-metrien määrittelemiseksi, jolloin massaan upotetaan muodoltaan erilaisia koekappaleita ja kovettumisen jälkeen ne ve-10 detään ulos massasta. Tällä menetelmällä on kuitenkin se epäkohta, että näin saatu tulos ei anna suoranaisesti vetolujuutta, vaan ainoastaan näennäisen murtolujuuden, jossa joukolla muita parametreja, esiml painelujuudella, taipumaveto-lujuudella, vieläpä betonin leikkauslujuudella on merkitystä. 15 Sen vuoksi voidaan erilaisia betonilaatuja vaikeasti verrata toisiinsa laadullisesti.

US-patenttijulkaisusta 3 541 845 on edelleen tunnettu koestusmenetelmä, jota käytetään valettujän ja myöhemmin kovettuvien massojen lujuuden määrittelemiseksi. Menetelmän 20 luotettavuus on epäsuotuisampi kuin edellä mainittujen, koska tällöin ulosvedettyjä koekappaleita rasitetaan samanaikaisesti leikkaus- ja taivutusrasituksella. Rasitukset voivat esiintyä erilaisten paikallisten edellytysten vallitessa suurin sattumaosuuksin ja mahdollisesti niillä voi olla rat-25 kaiseva merkitys.

US-PS 3 595 072 kuvailee nimenomaan betoni- ja teräsbetonirakenteiden koestamiseksi käytettävää laitetta, jonka epäkohtana on, ettei tulosten ja nk. betonin kuutiolujuuden välillä ole tiivistä ja suoranaista yhteyttä.

30 FR-PS 2 313 677 mukaisella tunnetulla menetelmällä voidaan määritellä yksinomaan taivutuslujuus, jolloin käsittelystä ja muista olosuhteista johtuvilla paikallisilla virheillä on myös tällöin suuri merkitys, jotka hajottavat laajasti mittaustuloksia, asettavat edelleen saatujen tulosten 35 vertailukelpoisuuden kyseenalaiseksi.

4 73080

Keksinnön tehtävänä on asennetuista rakenteista antaa välittömästi lujuusinformaatiota, jolloin koestus on suoritettavissa kustannuksiltaan edullisesti, nopeasti ja yksinkertaisesti; näin suoritettujen koestusten tulee antaa tu-5 lokseksi minimihajonnan omaava suuri koestusvarmuus ja luotettavuus .

Keksinnön perusajatuksena on tieto, että välitön informaatio asennetusta betonielementistä tai betonirakenteesta, samanaikaisesti betonin kuutiolujuuden kanssa yksiselit-10 teisesti korreloiva mittaustulos saadaan siinä tapauksessa, kun koestuslaitteen rakenteella "pakotetaan", että vetora-situksen aikaansaama irtirepeytyminen tapahtuu aina samassa kohdassa, määrätyllä poikkileikkauksella. Täten ei nimittäin eliminoida ainoastaan edellä mainittujen menetelmien suuria 15 hajontoja, vaan saadaan aikaan yksinkertainen, helposti käytettävä laite laadun tarkkailemiseksi, jota voidaan käyttää ilman erityistä koulutusta.

Keksinnön mukaisesti ratkaistaan asetettu tehtävä siten, että sisäänasetuselementti on muodostettu ontoksi re-20 päisymaljaksi, että molemmista päistä avoimessa repäisymal-jassa on betonin pinnasta betonin sisään suippeneva vaippa ja että repäisymaljän akseli on sovitettu pystysuoraan betonin pintaan nähden.

Keksinnöllä saavutetut edut ovat oleellisesti nähtä-25 vissä siinä, että - vastakohtana tähänastisille ratkaisuille - voitiin toteuttaa, että repäisymaljän rajoittama be-tonikappale repeytyy irti betonista vetovoiman avulla aina samalla ja tarkasti määritellyllä poikkileikkauksella.

Edelleen on etuna, että murtonäyte voidaan aina ottaa 30 asennettavasta tai jo asennetusta rakenne-elementistä, siis näytteen työstö- ja kypsyysolosuhteet ovat ehdottomasti samat rakenne-elementin olosuhteiden kanssa. Irtirepäisty kappale on pieni, se ei ole esteettisesti häiritsevä, se voidaan siis jättää myös valamatta, kuitenkin näkyvien pin-35 tojen ollessa kysymyksessä se voidaan kevyesti täyttää kor-jausmassalla.

5 73080

Kappaleen irtirepäisy voidaan yhdistää hydrauliseen tai mekaaniseen voimanmittaukseen, joka voidaan toteuttaa hyvin yksinkertaisesti ja hyvin suurella mittaustarkkuudella. Voima voidaan mitata myös ventymänmittausmännän avulla, 5 joka voidaan tarvittaessa yhdistää digitaaliosoittimeen. Lisäetua merkitsee vielä se, että murtopoikkileikkaus on suhteellisen syvällä betonissa, jolloin pintaviat tai muutokset eivät vaikuta mittaustulokseen.

Keksinnön mukainen laite ei merkitse ainoastaan tek-10 nistä edistystä, vaan sitä voidaan käyttää myös taloudellisesti. Vertailutietojen mukaisesti koestuskustannukset nousevat tällöin likimain 1/8-osaan tähänastisten menetelmien kustannuksista, jotka tähän asti perustuvat oleellisesti koekuutioiden valmistukseen ja niiden rikkomiseen, ja -15 kuten on nähty - useilta näkökannoilta katsoen eivät tuota riittäviä tuloksia.

Keksintöä selitetään lähemmin yhden ainostaan suoritusmuotoja esittävän piirustuksen yhteydessä. Tällöin esittää 20 kuvio 1: keksinnön mukaisen koestuslaitteen pitkit täisleikkausta , kuvio 2: toisen suoritusmuodon pitkittäisleikkausta, kuvio 3: kolmannen suoritusmuodon pitkittäisleikkausta , 25 kuvio 4: tukitelineen asemesta olevan tukielementin mahdollista suoritusmuotoa, kuvio 5: repäisymaljaa leikkauksena, kuvio 6: kuvion 5 yksityiskohtaa A leikkauksena. Kuviossa 1 on nähtävissä repäisymaljän 6 pitkittäis-30 leikkaus betonin 7 sisällä, jonka katkokartion muotoisella vaipalla 6a on jo betonin 7 yläpinnasta 7a sisäänpäin kape-neva poikkileikkaus. Vaippaan 6a (edullisesti valettu yhdestä kappaleesta) on liitetty kaulus 6b, joka on repäisy-maljan 6 pitkittäisakselin 6c kanssa edullisesti yhdensuun-35 taisesti sovitetulla ruuvilla 8 yhdistetty jäykästi, kuitenkin irrotettavasti vetopäähän 5.

6 73080

Vetopää 5 muodostuu kuvion 1 mukaisessa suoritusmuodossa levystä 5a ja (edullisesti levyn kanssa yhdeksi kappaleeksi valetusta) varresta 5b. Levyssä 5a ja kauluksessa 6b on kohdakkain olevat poraukset, joihin ruuvit 8 voidaan 5 viedä sisään. Vetopään 5 ja sinänsä tunnetun voimanmittaus-elimen 1 väliin on sovitettu liitoselementti 4 liitäntäeli-mineen 2, joka toimii voiman siirtämiseksi voimanmittaus-elimen 1 ja vetopään 5 välillä.

Liitoselementti 4 voidaan yhdistää vetopäähän 5 irro-10 tettavasti, esim. kierteillä tai painettiliitoksella. Lii-täntätelin 2 tehdään edullisesti liitoselementtiin 4 nähden kiertyväksi ja sen vastaanottamiseksi varustetaan voiman-mittauselin 1 edullisesti liitosistukalla la.

Voimanmittauselimen 1 tukemiseksi ja stabiloimiseksi 15 betonirakenteeseen nähden käytetään tukitelinettä 3. Kuvion 1 mukaisessa suoritusmuodossa tukiteline 3 muodostuu betonin 7 pinnalla 7a lepäävästä tukirenkaasta 3a ja voimanmit-tuaselimen 1 pystyynasettamisen mahdollistavasta tukile-vystä 3b sekä niitä yhdistävistä jaloista 3c. Repäisymaljän 20 6 sisällä olevaa betonikappaletta (näytettä) merkitään vii- temerkinnällä 7b.

Jalat 3c voidaan irrottaa yhtenäisen, katkokartion tai katkaistun prisman muodossa olevan "vaipan" avulla.

Joka tapauksessa on luonnollisesti välttämätöntä, että tu-25 kilevyssä 3b on keskiaukko 3d, jonka läpi liitoselementti 4 voidaan pistää.

Kuviossa 2 on nähtävissä vetopään 5 eräs toinen suoritusmuoto, jonka levyssä 5a on koveran katkokartiomuodon omaava istukka 5d. Alaosa 5c, jolla on vetopään 5 varren 30 5b kupera pallonosan muoto, vastaanotetaan istukkaan 5d kuulanivelen tapaisesti, joten vähäinen suhteellinen liike, levyn 5a ja varren 5b välinen kulmakiertoliike tulee mahdolliseksi.

Tämän suoritusmuodon perusteella tapahtuu betonikap-35 paleen 7b ulosrepiminen aina puhtaasti vetovoimalla. Täten ei repäisymaljaa 6 jännitetä koskaan poikittain eikä se 7 73080 saa koskaan mittaustulosta väärentäviä, epäkeskisiä kuormituksia .

Kuviossa 3 on nähtävissä keksinnön mukaisen laitteen edelleen eräs suoritusmuoto, jossa mittauselin 1 välittää 5 vetovoiman kierteiden välityksellä vetopäälle 5. Vetopäässä 5 on kierreporaus 5a, johon voimanmittauselimen 1 kierrepultti 1b tarttuu.

Kuviossa 4 esitetään kuvion 3 mukainen tukielementti 3 suuremmassa mittakaavassa, joka tukielementti on tehty tuki-10 renkaaksi. Tukirengas 3 on varustettu keskiaukolla 3d. Tukirengas 3a on tässä tapauksessa varustettu myös reunalla 3f, joka toimii voimanmittauselimen 1 pystyynasettamiseksi.

Koestuksen aikana repäisymalja 6 sijoitetaan koestet-tavaan betonirakenteeseen tai elementtiin valittuun kohtaan 15 vielä betonin ollessa raa'assa, kovettumattomassa tilassa. Tällöin on tarkoituksenmukaista sovittaa kaulukselle 6b pei-televy 10 (kuvion 5 mukaisesti), jotta raaka betoni ei voi tunkeutua sisään kauluksen 6b kierreporauksiin.

Peitelevyn 10 tehtävänä on lisäksi, että sen avulla 20 on paljon helpommin säädettävissä repäisymaljän 6 kauluksen 6b ylätaso yhdensuuntaisesti betonin 7 pinnan 7a kanssa. Edelleen on edullista, jos repäisymaljän 6 vaipan 6a ulkosivu päällystetään sinänsä tunnetulla tavalla tartunnan estävällä aineella, esim. voitelurasvalla tai öljyllä, jotta es-25 tetään betonin kiinnitarttuminen. Se voisi nimittäin vaikuttaa edullisesti mittaustulokseen.

Betonin kovettumisen jälkeen edeltä määrättynä ajankohtana poistetaan peitelevy 10 repäisymaljalta 6 ja asetetaan vetopää 5. Sovittamalla sisään ruuvit 8 ja kiristämällä 30 saadaan aikaan vedonkestävä liitos vetopään 5 ja repäisymal-jan 6 välille. Sen jälkeen liitetään voimanmittauselin 1 liitoselementin 4 ja liitäntäelimen 2 välityksellä. Käyttämällä voimanmittauselintä 1 kohotetaan vetovoimaa hitaasti ja portaattomasti niin kauan, kunnes betonikappale 7b repeää 35 irti betonista 7.

Kuviossa 6 esitetyn repäisymaljän 6 muunnoksen mukaisesti se voidaan syvimmästä reunastaan 6d varustaa sisäpuoli- 8 73080 sella lieriömäisellä vaippapinnalla 6e, jonka akseli on koaksiaalinen repäisymaljän 6 akselin kanssa. Täten saadaan aikaan, että betonikappale 7b repeää varmasti reunaa 6d pitkin. Muutamissa tapauksissa voidaan edellytyksiä ulosrepi-5 miseksi parantaa siten, että vaippapinnan 6e sisäpuolelle on sovitettu esim. muovia tai terästä oleva joustava rengas 9.

Kokemuksen mukaisesti merkitsee irtirepäisyhetkellä käytetyn voiman ja repäisypoikkileikkauksen osamäärä betonin yksiselitteisesti luonteenomaista lujuusarvoa. Se on pää-10 asiallisesti saatu aikaan siten, että katkokartion muotoinen betonikappale 7b repeää aina ympyräsylinterin vaippaa pitkin, jolla on vetovoiman kanssa yhdensuuntainen akseli ja kohtisuoraan pituusakseliin nähden.

Keksinnön mukaisen koestuslaitteen mittaustarkkuus 15 täyttää vieläpä vaativimmat valmistusehdot. Se kykenee korvaamaan tavanomaiset kuutiomurtomenetelmät. Se mahdollistaa mittausten suorittamisen rakenteen useista kohdista, joten laadun tarkastuksen varmuus kohoaa ja tämän laadun tarkastuksessa tapahtuvan varmuuden kohoamisen johdosta voidaan 20 valmistaa sementtiä säästäviä rakenteita. Repäisymaljät 6 voivat jäädä betoniin 7 mielivaltaiseksi ajaksi, koska ne valmistetaan tarkoituksenmukaisesti ruostumattomasta teräksestä. Siten voidaan rakenteessa suorittaa mittauksia myös myöhempinä ajankohtina, joten voidaan seurata betonin vanhe-25 nemisominaisuuksia.

Claims (10)

1. Laite betonin (7) lujuuden määrittelemiseksi, jossa on betonin pintaan (7a) asetettava kuormitusyksikön 5 teline (3), joka on liitoselementin (4) kautta yhdistetty kuormitusyksikköön, koestettavaan kovettumattomaan betoniin (7) aseteltavaa sisäänasetuselementtiä (6) varten ja voi-manmittauselin (1), tunnettu siitä, että sisään-asetuselementti (6) on muodostettu ontoksi repäisymaljaksi 10 (6), että molemmista päistä avoimessa repäisymaljassa on betonin pinnasta betonin sisään suippeneva vaippa (6a) ja että repäisymaljän (6) akseli (6c) on sovitettu pystysuoraan betonin pintaan (7a) nähden.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnet-15 t u siitä, että repäisymalja (6) on muodostettu katkokar- tion muotoiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että repäisymaljän (6) vaipan (6a) pituusakseli (6c) on likimain kohtisuorassa koestettavan betonin (7) 20 pintaan (7a) nähden.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että repäisymaljän (6) kaulus (6b) on yhdistetty vetopäähän (5) irrotettavilla liitoselementeil-lä, edullisesti ruuveilla (8).

5. Jonkin patenttivaatimuksen 2-4 mukainen laite, tunnettu siitä, että betoniin (7) syvimmälle työntyvällä repäisymaljän (6) reunalla (6b) on lieriömäinen vaippapinta (6e), jonka akseli on yhdensuuntainen vaipan (6a) pituusakselin (6c) kanssa, edelleen vaippapinta (6e) 30 on varustettu joustavalla renkaalla (9).

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen laite, tunnettu siitä, että vetopää (5) muodostuu repäisymal jän (6) kaulukseen (6b) liittyvästä levystä (5a) sekä levyn (5a) kiinteästi yhdistetystä varresta (5b).

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen laite, tunnettu siitä, että vetopäässä (5) on repäisy- 10 73080 maljan (6) kaulukseen (6b) liittyvä levy (5a) sekä levylle (5) sen suhteen kiertyvästi kiinnitetty varsi (5b).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että vetopään (5) varsi (5b) päättyy kuperaan 5 kuulanosaan (5c) sekä levyssä (5a) on kovera katkokartion muotoinen istukka (5d) kuperaa kuulanosaa (5c) varten.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen laite, tunnettu siitä, että tukiteline (3) muodostuu koes-tettavan betonin (7) pinnalla (7a) lepäävästä jalkarenkaas- 10 ta (3a), voimanmittauselimen (1) pystyynasettamiseksi toimivasta tukilevystä (3b) sekä jalkarenkaan (3a) ja tukile-vyn (3b) välisistä välikappaleista, esim. jaloista (3c).

9 73080

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen laite, tunnettu siitä, että tukiteline (3) on tehty tuki- 15 renkaaksi, joka on varustettu reunalla (3f) voimanmittauselimen (1) pystyynasettamiseksi sekä keskisellä aukolla (3d) . _„ _ 73080 Patentkrav '