BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM (BME) OM FI 23344 ÉPÍTŐ MÉRNÖKI KAR ÉPÍTŐANYAGOK ÉS MAGASÉPÍTÉS TANSZÉK 1111 Budapest, XI., Műegyetem rkp. 3. BMEEOEMMAT1 Szerkezetek diagnosztikája Előadók: Dr. Balázs L. György Dr. Borosnyói Adorján Dr. Tóth Elek Oktatási segédlet Szerzők: Dr. Borosnyói Adorján Dr. Kausay Tibor Dr. Szilágyi Katalin Dr. Tóth Elek 2015
Tartalomjegyzék 1. A bauxitbeton és diagnosztikája 2 (Dr. Borosnyói Adorján) 2. Csap kiszakító vizsgálatok 13 (Dr. Borosnyói Adorján) 3. A magkitörés vizsgálata 32 (Dr. Borosnyói Adorján) 4. Kifúrt magok nyomószilárdság vizsgálati és értékelési rendje 36 (Dr. Borosnyói Adorján) 5. Behatolási ellenállás mérésen alapuló módszerek 44 (Dr. Borosnyói Adorján) 6. A beton felületi keménységmérése 54 (Dr. Borosnyói Adorján, Dr. Szilágyi Katalin) 7. Beton fagyállósági vizsgálatai 136 (Dr. Borosnyói Adorján, Dr. Kausay Tibor) 8. Beton vízzárósági vizsgálatai 161 (Dr. Borosnyói Adorján, Dr. Kausay Tibor) 9. Repedéstágasság a beton elem felületén, illetve az acélbetét felületén 170 (Dr. Borosnyói Adorján) 10. A betonacél kereső műszerek 189 (Dr. Borosnyói Adorján) 11. Elektromos potenciálmérés: vasbetonszerkezetek korróziós állapotfelvétele 194 roncsolásmentes módszerrel (Dr. Borosnyói Adorján) 12. Faszerkezetek diagnosztikája 206 (Dr. Tóth Elek) 13. Homlokzati falszerkezetek diagnosztikája 219 (Dr. Tóth Elek) 14. Nedvesedő pince- és lábazati falszerkezetek diagnosztikája 232 (Dr. Tóth Elek) 1/247
1. A bauxitbeton és diagnosztikája (Dr. Borosnyói Adorján) Louis Vicat (1786-1861) már a XIX. században előre jelezte, hogy ha sikerül aluminátdús, és a portlandcementnél mész-szegényebb cementet előállítani, akkor az ilyen kötőanyag nagymértékben korrózióálló lesz. A kalcium-aluminátok kötőképességére először Edmond Frémy (1814-1894) mutatott rá 1865-ben. A két világháború közötti időben Magyarországon jelentős mennyiségű aluminátcementet, közismertebb nevén bauxitcementet állítottak elő és használtak fel építési célra. Ebben az időszakban számos bauxitbeton szerkezet épült az országban. 1966-ban a bauxitbeton szerkezeteken észlelt kedvezőtlen elváltozások és külföldi tapasztalatok alapján az akkori Építésügyi és Városfejlesztési Minisztérium elrendelte a bauxitbeton szerkezetek rendszeres felülvizsgálatát, amely azóta is folyik. A vizsgálatsorozat megindításának közvetlen oka a Margitszigeti Nagyszálló átalakítása közben bekövetkezett leszakadás volt. Az aluminátcementekkel készített betonok szilárdsága Az aluminátcementek jellemzője az, hogy a hidratációnál metastabil hexagonális hidrátok keletkeznek, amelyek az idő folyamán stabil kubikus hidrátokká változnak. Ez a folyamat szilárdságveszteséggel jár. Az átalakulás üteme és a maradó szilárdság a készítési és tárolási körülményektől függ. Az 1.1 ábra 10 C és 38 C hőmérsékleten tárolt próbatestek szilárdságának alakulását szemlélteti. A szilárdság először intenzíven nő, majd minimumra csökken, ami után ismét egy lassú utószilárdulás mutatkozik az évek során. A maximális és a minimális szilárdság viszonya a víz-cement tényezőtől és a tárolási hőmérséklettől függ. 1.1 ábra. Bauxitbetonok szilárdságcsökkenésének üteme 2/247
Nemzetközi tapasztalatok az aluminátcementekkel Franciaország Az aluminátcement feltalálója a francia Jules Bied, akinek a találmánya alapján a Société Anonyme des chaux et ciments de Lafarge et du Teil 1908-ban hozta forgalomba a ciment fondu; ciment électrique elnevezésű aluminátcementet, amelyet azóta máig is gyárt a Lafarge. A bauxitbetonokkal hamarosan szerzett kedvezőtlen tapasztalatok alapján a francia közmunkák minisztere 1943. január 5-i körrendeletével út és hídépítési munkáknál csak jelentős megszorításokkal engedélyezte az aluminátcementek felhasználását (más építkezésekre ez a rendelet nem vonatkozott). A kedvezőtlen tapasztalatok hatásaira a Lafarge cég kiterjedt elméleti és gyakorlati kutatást indított a hibák okának feltárása és a károk elkerülése érdekében. E kutatások alapján az 1943. évi körrendeletet hatálytalanították. 1970. márciusában a francia építésügyi miniszter körrendeletben szabályozta az olvasztott aluminátcementek (Lafarge cementek) felhasználását. A rendelet hangsúlyozta, hogy csak az olvasztott aluminátcementekre vonatkozik, egyéb gyártási eljárással készült cementekre nem alkalmazható. A rendelet az olvasztott aluminátcementek alapanyagait, összetételét, gyártásának jellemzőit és a betonkészítés módját, valamint a helyes utókezelés feltételeit is előírta. Az előírás néhány jellegzetes megállapítása volt: a betont a lehető legkevesebb vízzel kell elkészíteni, a víz-cement tényező legfeljebb 0,4 lehet, a cementadagolás legalább 400 kg/m 3 legyen, adalékszereket ne alkalmazzanak, a zsaluzat tökéletesen zárjon, vízveszteség ne keletkezzen a beépítéskor, a beépített betont védeni kell a korai kiszáradás és a túlzott felmelegedés ellen. A felsorolt feltételek szigorú betartása esetén ismét engedélyezi az építésügyi miniszter az olvasztott aluminátcement alkalmazását végleges létesítmények kivitelezésénél anélkül, hogy minden egyes esetben arra külön engedélyt kellene kérni. Emellett az olvasztott aluminátcement alkalmazásánál az egyéb cementek folyamatos alkalmazására vonatkozó előírásokat is be kell tartani. Hangsúlyozta a rendelet, hogy az olvasztott aluminátcement használata kényes feladat. A rendelet kiemeli az alkalmazás szempontjából fontos előnyöket is: nagy kezdőszilárdság, agresszív vízzel szembeni ellenállás, nagy hidratációs hő. Németország Németországban 1913-ban kezdtek aluminátcementet gyártani szintén Jules Bied szabadalma alapján Alca néven (Elektrocement GmbH), azonban az első világháború után abbahagyták a gyártást, saját nyersanyag hiányában. Ezt követően aluminátsalak-cement gyártására rendezkedtek be (Hochofenwerk Lübeck AG), amelyet Tonerde Schmelzzement Rolandshütte néven forgalmaztak. A DIN 1045 vasbetonszerkezeteknél engedélyezte az aluminátcement felhasználását, a szabványos aluminátcement jele TSZ 425/475 (Tonerde-Smelzzement) volt. 1950 és 1960 között számos födémet készítettek előregyártott feszített bauxitbeton elemből, lakóházakban, iskolákban; mezőgazdasági és ipari épületekben. Hamarosan megállapították, hogy az acélbetétek korrózióvédelme nem kielégítő és hogy egyes olvasztott cementek nagy szulfidtartalma az acélbetétek hidrogén-ridegedését okozta, emellett a beton szilárdsága is csökkent. Ennek következtében mezőgazdasági épületekben néhány födém beomlott. 3/247
Németországban 1962-ben észleltek először károkat a TSZ 425/475 jelű aluminátcementtel készített előfeszített elemes vasbeton födémeken istállóknál, majd később iskoláknál is találtak károkat elsősorban feszültségkorróziós károkat a feszített vasbeton födémeken. Ennek következtében a Bajor Belügyminisztérium több rendeletben írta elő a nagyobb fesztávolságú, TSZ cementtel készített feszített födémek vizsgálatát és biztosítását középületekben, majd a tapasztalatok alapján 1972-ben az előírást lágyvasalású vasbetonszerkezetekre is kiterjesztették. Az említett előírások elsősorban az acélbetétek feszültségkorrózióját tartották veszélyesnek, amelynek okát a betontakarás karbonátosodásában és a beton átnedvesedésében látták. Átnedvesedést nemcsak nedves helyiségek födémeinél, hanem különböző hőmérsékletű terek közötti födémeknél is találtak a páradiffúzió miatt. Egyes források szerint az acélkorróziót a német aluminátcementekhez felhasznált fémkohászati salak kéntartalma okozta. Az 1972 évi előírás szerint a vizsgált vasbeton szerkezetek betonjának szilárdsága is jelentősen (akár 60%-al) csökkent és további szilárdságcsökkenés is prognosztizálva volt. Lágyvasalású szerkezetek acélbetéteinek korrózióját különösen száraz környezetben az előírás nem tartotta számottevőnek. A nyomószilárdság veszteséget különösen a nagy fesztávú szerkezeteknél tartotta veszélyesnek, ahol az olvasztott aluminátcement kezdeti nagy nyomószilárdságát jelentős mértékben kihasználták. Az előírás a TSZ 425/475 jelű aluminátcementtel készített szerkezetek eredeti statikai számításainak ellenőrzését, vagy ilyenek hiányában a valódi méretek alapján kötelező statikai számítás elkészítését rendelte el. A számításnál a B.600-as eredeti minőségű betonnál legfeljebb 170 kg/cm 2 nyomószilárdságot volt szabad figyelembe venni. B.600-asnál alacsonyabb eredeti szilárdsági osztályú betonoknál a figyelembe veendő nyomószilárdság megfelelően csökkentendő volt. Ha a számítás nem bizonyította a megfelelő biztonságot, akkor helyszíni vizsgálatot kellett végezni, és Schmidt-kalapácsos vizsgálattal, valamint kifúrt hengerek szilárdsága alapján kellett a szerkezetet minősíteni. Ha a leírt módon ellenőrzött szerkezet még biztonságosnak minősült, akkor azt a továbbiakban legritkábban kétévenként folyamatosan ellenőrizni kellett. Anglia Angliában francia és görög származású bauxitból gyártottak aluminátcementet, és a második világháború alatt alumínium hulladékot és vörösiszapot is felhasználtak aluminátcement előállításánál. A BS 1926/53 angol szabvány transzportbetonhoz is engedélyezte az aluminátcement felhasználását. Aluminátcementtel készített vasbetonszerkezetek, főleg feszített szerkezetek károsodásairól angol közlemények is megjelentek. Például 1974-ben egy középiskola 10 m fesztávolságú feszített vasbeton födém-főtartói szakadtak le. A szerkezet 1965-1966-ban épült. A tönkremenetel után elvégzett vizsgálatok kimutatták, hogy az uszoda feletti födémszerkezet gerendáinak leszakadását a bauxitbeton szilárdságvesztése eredményezte, amelyet elsősorban szulfát-ionok okoztak. A szulfátkorróziót az átnedvesedett gipszvakolat okozta, amely alatt a betonban ettringit kristályokat is találtak. Az uszoda felett 27-28 C hőmérséklet volt jellemző. Angliában a BRE (Building Research Establishment) műszaki irányelvet (Code of Practice) adott ki, amely szerint a betonozás utáni első napon észlelt léghőmérséklet döntően befolyásolja az aluminátcementtel készített beton későbbi szilárdságvesztésének ütemét. Előnyös a 18 C hőmérséklet, súlyos károkat okoz a 25-30 C hőmérséklet. 10 év után úgy tekinthető, hogy lezajlott a szilárdságcsökkenés, normál körülmények között. A meleg, a nedvesség és az agresszív vegyi környezet gyorsítja a folyamatot. A jelenség a betonfelszínen nem jár jelekkel, de a beton belsejében a színe megváltozhat. Szemrevételezés során mindig 4/247
figyelni kell az alakváltozásokat, a repedéseket, a nedvesedési helyeket, külső vízbehatolás nyomait, a páralecsapódási helyeket és a lehetséges kémiai károsodások helyeit (fehér és fekete színeződés). Kedvező körülmények között, megfelelő aluminátcementtel, a helyesen készített bauxitbeton a szilárdságveszteség ellenére megfelelő lehet szerkezetekhez, mert a szilárdság nem a nulla felé, hanem kb. az 1 napos szilárdság felé konvergál. Egyesült Államok Az Egyesült Államokban 1910 körül kezdtek aluminátcementet gyártani Speckman szabadalmai alapján, alumináttartalmú salakok és bauxit keverékéből, Alca cement néven. Később áttértek a Bates-féle klinkeresítő eljárásra, amelyet 1921-ben szabványosítottak és Lurninete néven gyártottak. Napjainkban elsősorban tűzálló cementként gyártják és forgalmazzák az aluminátcementeket. Szovjetunió A szovjet bauxitcementek is olvasztott cementek voltak, amelyek előállításánál melléktermékként nyersvasat nyertek. A drága nyersanyag és az energiaigényes gyártás miatt a bauxitcement ára a volt Szovjetunióban is magas volt. A szovjet GOSZT 964-41 jelű szabvány 300-as, 400-as és 500-as bauxitcementeket különböztetett meg, és előírta, hogy a szabványosan tárolt habarcstestek 28 napos szilárdsága nem lehet kisebb, mint a 3 napos szilárdság. A szovjet bauxitcementek +15 C hőmérsékleten szilárdultak a legjobban, +40 Cnál a szilárdságuk 40-60 N/mm 2 helyett csak 15 20 N/mm 2 volt. A volt Szovjetunióban teljesen időálló anhidrid-aluminátcementeket is gyártottak. A külföldi adatokból is kitűnik, hogy aluminátcementet a XX. század eleje óta, és ma is számos országban gyártják és azt betonozásnál felhasználják. Az irodalmi adatok azt is igazolják, hogy az aluminátcementek kötési folyamatakor keletkező hidráttermékek instabilak és az idők folyamán átalakulnak. Ez az átalakulás szilárdságvesztéssel jár. A kutatások azt igazolják, hogy a megfelelő összetételű aluminátcement hidráttermékeinek átalakulása megfelelő készítés (kis víz-cement tényező jó tömörítés, megfelelő cementadagolás, alacsony készítési hőmérséklet) és megfelelő külső körülmények (25 C alatti használati hőmérséklet, alkáli- és szulfáthatás nélküli száraz környezet) esetén oly mértékben lelassul, hogy elegendő szilárdsági tartalék áll rendelkezésre a beton teljes használati élettartama alatt. A bauxitbetont ennek ellenére csak különleges esetben, mint amilyen a gyors munka igénye (pl. betonjavítás) vagy különleges követelmények esetén (pl. tűzállóság) indokolt alkalmazni. Magyarországi tapasztalatok az aluminátcementekkel Magyarországon Citodur néven 1928-ban kezdték gyártani az aluminátcementet Felsőgallán, majd Tatán. Az aluminátcementet a Magyar Általános Kőszénbánya Vállalat szabadalma alapján, viszonylag alacsony hőfokon, kismértékű zsugorítással, téglaégető körkemencében gyártották. Amikor a bauxitcementet Magyarországon bevezették, eleinte úgy vélték, hogy a hidraulikus kötőanyagokra vonatkozó nagy álmok teljesültek ezzel, lévén a bauxitbeton 24 órás korban elérte a portlandcementtel készített betonok 28 napos szilárdságát, és a hazánkban is ismeretesek voltak a franciaországi kedvező tapasztalatok. A bauxitbeton készítésének később kialakult szabályait akkoriban még nem ismerték, ezért a munkahelyeken számos hibát követtek el, amely néha azonnal bekövetkező károkat okozott, gyakrabban pedig később okozott veszélyes szilárdságvesztést. Ezeket a hibákat az 1928-ban kiadott, a CITODUR bauxitcement felhasználását leíró műszaki közlemény egyes mondatai is megalapozták, amelyből idézünk: 5/247
a CITODUR tatai bauxitcementnek bőséges vízre van szüksége csömöszölt betonnál a rendes megszokott vízadagoknál valamivel több víz adagolandó a beton félplasztikus legyen és könnyű faverővel (pracker) csömöszölve rengjen és már néhány ütés után vízleválást mutasson. A CITODUR bauxitcementnek igen értékes tulajdonsága az, hogy ilyen mennyiségű vízadagolás mellett épp olyan gyorsan és még nagyobb szilárdságot ér el, mint földnedves betonban. Időnként ugyan említették a magas hőmérséklet káros hatását, de csak olyan módon, hogy ez a kötés gyorsulásában nyilvánul meg. Möller Károly ugyan már 1929-ben utal a bauxitbeton felhasználásánál az óvatosságra, de közli, hogy azt építkezéseinél sikerrel használja, továbbá azt, hogy a CITODUR cement ára 9 pengő mázsánként; jóval olcsóbb, mint Németországban. 1937-ben Möller és Brzesky már arról ír, hogy a felhasználási szabályok ismeretének hiánya miatt károk keletkeztek bauxitbeton szerkezeteken. Közlik, hogy Dr. Mihailich Győző egyetemi tanár vizsgálatai szerint 28 C feletti hőmérsékletnél a bauxitcement kötési folyamata változik: a kötőerő rohamosan csökken. Möller Károly 1943-ban sem ír a bauxitbeton szilárdságcsökkenéséről, és olyan hiányosságokról, amelyek helyes technológia esetén veszélyeztetnék a szerkezet állékonyságát. A bauxitcementről nem készült Magyar Szabvány. Egyedül Budapest polgármestere adott ki 1933-ban és 1940-ben alkalmazási engedélyt, amely a bauxitcement felhasználására vonatkozó hatósági előírásokat tartalmazta. Az engedély előírta, hogy minden zsákra 6 pontból álló utasítást kell ragasztani, amely szigorúan betartandó. Állítólag Budapest város polgármestere 1942-ben be is tiltotta a bauxitbeton alkalmazását, ennek azonban sem az 1942. évi Fővárosi Közlönyben, sem a levéltárban nem található írásos nyoma. Egyes hazai bauxitbetonokon 25-30 éves használat után kezdtek olyan jelenségeket megfigyelni, amelyekből a szilárdságvesztésre lehetett következtetni. Ezek főleg párás helyiségek feletti téglabetétes födémeknél és járdaburkolatoknál jelentkeztek. A külföldi és a hazai károsodások hatására már a második világháború folyamán beszüntették Magyarországon a bauxitcement gyártását, a tatai berendezést részben elszállították, részben más célra használták fel. Azóta hazánkban nem gyártanak rendszeresen bauxitcementet. A bauxitbeton épületek felülvizsgálatát Magyarországon 1967 óta végzik. Bauxitbeton építmények időszakos felülvizsgálati rendje Magyarországon Az akkori Építésügyi és Városfejlesztési Minisztérium a bauxitcement felhasználásával készült épületek állékonyságának felülvizsgálatát a 6/1967. ÉVM sz. körrendelettel tette kötelezővé. A felülvizsgálat elvégzésére kiemelten öt intézményt, az Építéstudományi Intézetet, az Építőipari Minőségvizsgáló Intézetet, a Szilikátipari Központi Kutató és Tervező Intézetet, a Földmérő és Talajvizsgáló Vállalatot, az Építőipari és Közlekedési Műszaki Egyetemet jelöltek ki. Az építésügyi és városfejlesztési miniszter 1969. szeptemberi 8888/1969. sz. jelentése szerint 1969. IX. 1-ig 1374 épületet vizsgáltak meg gyorsvizsgálattal. Az ÉMI 1972 I. félévi összesítésében már 1649 épület (11 938 lakás) szerepelt. A megvizsgált épületek 26%-át sorolták a C (legrosszabb) kategóriába. A kijelölt intézmények 1972-ig mintegy 1600 épületet, ezen belül 1200 lakóépületet tártak fel. A vizsgálati munkákat az ÉMI tartotta nyilván. Az ÉVM szabályozta a kutatási munkákat, amelyeknek fő célja a szilárdságcsökkenés okainak és a csökkenési folyamat ütemének megállapítása, továbbá gazdaságos, de megbízható egységes vizsgálati módszerek kidolgozása volt. Az építésügyi és városfejlesztési miniszter 1968. II. 6.-i 2426/68. sz. jelentésében állapotuk szerint A, B és C kategóriára osztotta a megvizsgálandó épületeket. 6/247
A kategóriájú az építmény vagy tartószerkezeti elem, ha állékonysága és betonszilárdsága megfelelő, és belátható időn belül beavatkozásra nincs szükség. A roncsolásmentes betonszilárdsági és acélkorróziós gyors vizsgálatot nyolc év múlva meg kell ismételni. B kategóriájú az építmény vagy tartószerkezeti elem, ha állékony, de betonszilárdsága gyenge és nem kizárt, hogy néhány év múlva állapotával kapcsolatban valamilyen intézkedés szükségessé válik. A roncsolásmentes betonszilárdsági és acélkorróziós gyors vizsgálatot öt év múlva meg kell ismételni, továbbá erőtani felülvizsgálat is szükséges lehet. C1 kategóriájú az építmény vagy tartószerkezeti elem, amelynek állapota és betonszilárdsága nem megfelelő. Az életveszély elhárításához szükséges intézkedéseket további, részletes vizsgálatok eredménye és erőtani felülvizsgálat alapján kell megtenni. C2 kategóriájú az építmény vagy tartószerkezeti elem, amelynek állapota és betonszilárdsága annyira kritikus, hogy az életveszély elhárítása érdekében minden további vizsgálat nélkül azonnal intézkedni kell. Az ÉVM elrendelte az ÉSZ 69-1971. sz. Épületszerkezetek teherviselő bauxitbeton szerkezeteinek gyorsvizsgálata és az ÉSZ 24-1971. sz. Építmények teherhordó szerkezeteinek erőtani vizsgálata. Bauxitbeton szerkezetek című ágazati szabványok kiadását is. A rendeletek alapján 1967-ben rohammunkával indult meg a bauxitcementtel épült építmények állékonyságának felülvizsgálata. Ezt a munkát akkor olyan sürgősnek vélték, hogy az anyagvizsgálattal foglalkozó és a tervező intézményeken kívül az állami, tanácsi és szövetkezeti kivitelezőket, valamint a magánszakértőket is bevonták a munkába. A következő intézmények foglalkoztak átfogóan a felülvizsgálattal: Építéstudományi Intézet (ÉTI), Építésügyi Minőségellenőrző Intézet (ÉMI), Szilikátipari Központi Kutató és Tervező Intézet (SZIKKTI), Földmérő és Talajvizsgáló Vállalat (FTV), Budapesti Műszaki Egyetem (BME). Minthogy végül is nem született Magyarországon hatályos és részletes előírás a bauxitbeton épületek vizsgálatára, a vizsgálatokkal foglalkozó intézmények megállapodásszerűen az ÉMI HSZ 605-1968 (ún. háziszabvány), és az ÉSZ 69 T (szabványtervezet) figyelembevételével végezték a vizsgálatokat. Meg kell azonban jegyezni, hogy e két szabályozó dokumentum is eltér egymástól pl. az építmények kategóriahatárainál, vagy a szórás szorzótényezőjénél. A Schmidt-kalapácsos vizsgálat kiértékelését sem teljesen azonos módon végzik a vizsgálatot végzők, így a vizsgálati eredmények elveikben is eltérőek lehetnek. Bár a vizsgálati módszerek pontatlansága elvileg nagyobb a vizsgálati eredményeknek az eltérő értékelésből származó különbségénél, a Schmidt-kalapácsos vizsgálat kiértékelése során ennek ellenkezője is előfordulhat. A rendszeres felülvizsgálatokat a 23/1970. sz. VM rendelet szerint az Építésügyi Minőségellenőrző Intézet kartotékokon tartotta nyilván, hogy melyik építmény mikor lett vizsgálva és hogy mikor esedékes a következő vizsgálat. Ezzel párhuzamosan az önkormányzatoknál (akkor tanácsoknál) is vezettek nyilvántartást, amelyeknek alapján az ingatlankezelő vállalatok az építmény A, B, C kategóriájának megfelelően kötelesek voltak az esedékes felülvizsgálatot megrendelni. A vizsgálat megtörténtét a tanácsok évenként jelentették az ÉMI-nek. Azt is jelentették az ÉMI-nek, ha valahol az addigi felülvizsgálatból kimaradt bauxitbeton vagy bauxitbeton-gyanús szerkezetet találtak. 7/247
Az építmények kategóriájának megállapítása Az ÉVM 2426/68 sz. jelentése az aluminátcement alkalmazásával készült szerkezeteket, állapotuk szerint A, B, C kategóriájúakra osztja fel, az ún. gyorsvizsgálat alapján. Az ÉSZ 69 T (szabványtervezet) a következőt mondja erről: A kategóriájú az az épület, illetve szerkezet, amely állékony, és az elkövetkező öt évben előreláthatóan a bauxitbeton szerkezetekkel kapcsolatban semmilyen műszaki intézkedést nem igényel. B kategóriájú az az épület, illetve szerkezet, amely jelenleg állékony, de feltételezhető, hogy az elkövetkező öt éven belül a bauxitbeton szerkezetekkel kapcsolatban valamilyen műszaki intézkedés válhat szükségessé. C1 kategóriájú az az épület, illetve szerkezet, amelynél azonnali életveszély elhárítás szükséges, de a végleges műszaki intézkedéseket további vizsgálatok alapján kell megtenni. C2 kategóriájú az az épület, illetve szerkezet, amelynél azonnali életveszély elhárítás szükséges és a végleges műszaki intézkedéseket további vizsgálat nélkül kell megtenni. A kategóriába sorolás a gyorsvizsgálat során általában a szabványtervezet függelékében közölt egyszerűsített eljárással történt, de ehelyett dönthetett a vizsgálatot végző statikai számítás eredményeinek a felhasználásával, vagy a szerkezet szemmel látható elváltozásai alapján is. Nem kellett kategorizálni az alapokat kivéve, ha a csatlakozó falszerkezetek vizsgálata olyan elváltozást mutatott, amelyből az alapok meghibásodására lehetett következtetni. Az egyszerűsített eljárás vasalt bauxitbeton szerkezetek esetében akkor alkalmazható, ha a szerkezet a bauxitbetont károsító hatások szempontjából átlagos helyzetű, feltételezhető, hogy a vizsgált szerkezetet (szerkezeteket) az építés idején érvényben volt előírások szerint helyesen tervezték és alakították ki. Az időszakos ellenőrző vizsgálatok elvégzésének gyakorisága: A kategóriájú építményeknél 8 évenként, B kategóriájú építményeknél 5 évenként, C1 kategóriájú építményeknél 1-2 évenként, statikai vizsgálattal, C2 kategóriájú építményeknél évenként, azonnali megerősítéssel. Bauxitbeton szerkezet gyorsvizsgálat alapján számított határfeszültsége bh (MPa) Veszélyességi Központosan nyomottnak Külpontosan nyomottnak kategória számítható elem számítható elem Hajlított elem ÉMI HSZ 605 ÉSZ 69 T ÉMI HSZ 605 ÉSZ 69 T ÉMI HSZ 605 ÉSZ 69 T A bh > 4,5 bh > 5,0 bh > 4,5 bh > 4,0 bh > 3,5 bh > 3,5 B 3,5 bh 4,5 3,5 bh 5,0 3,5 bh 4,5 3,5 bh 4,0 2,5 bh 3,5 2,5 bh 3,5 C1 3,0 bh 3,5 2,5 bh 3,0 2,0 bh 2,5 bh < 3,5 bh < 3,5 bh < 2,5 C2 bh < 3,0 bh < 2,5 bh < 2,0 A gyorsvizsgálat általános szabályai az ÉSZ 69 T (szabványtervezet) szerint A gyorsvizsgálati módszer csak lakóépületek, irodaépületek és szerkezeti rendszerükben ehhez hasonló egyéb épületek szokványos szerkezetei esetében alkalmazható. Műtárgy jellegű szerkezetek (pl. gépalap, tartály, támfal, mélyépítési létesítmények), csarnokok, dinamikus terhelésű épületek és merevacél-betétes szerkezetek esetében nem alkalmazható. A gyorsvizsgálat a bauxitbeton szerkezeteknek a vizsgálat időpontjában érvényes minőségére nézve olyan korlátozott pontosságú adatokat szolgáltat, amelyek e szerkezetek állapotának 8/247
megítélésére felhasználhatók, kivéve azokat a határeseteket, amikor a vizsgálat eredményéből kiderül, hogy a döntéshez pontosabb vizsgálatra van szükség. A Schmidt-kalapáccsal, vagy ultrahangos műszerrel végzett roncsolásmentes betonszilárdságbecslésen alapuló gyorsvizsgálat során az alábbi három eljárást együttesen kell alkalmazni: állapotvizsgálat szemrevételezéssel, műszeres szilárdságvizsgálat Schmidt-kalapáccsal vagy ultrahangos műszerrel, ellenőrző vizsgálat véséssel. A vizsgálat eredményeit csak akkor szabad elfogadni, ha a szemrevételezéssel és vizsgáló véséssel szerzett adatok a műszeres mérési adatok helyességét valószínűsítik. Más esetben kiegészítő ellenőrzést kell végezni másfajta roncsolásmentes vagy roncsolásos eljárással. Kifúrt magmintákon végzett vizsgálatok a Schmidt-kalapáccsal vagy ultrahangos műszerrel kapott eredmények kalibrálására is felhasználhatók. Ha egy vizsgálat során többféle műszeres eljárást alkalmaznak és ezek ellentmondó eredményekre vezetnek, a vizsgálónak kell kiválasztania a megbízhatónak ítélhető mérési eredményeket a szemrevételezéssel és vizsgáló véséssel szerzett tapasztalati alapján. Egyértelműen rossz, repedt, fészkes betont szemrevételezés és vizsgáló vésés alapján is lehet C kategóriába sorolni. Az egész épületre kiterjedő roncsolásmentes vizsgálat eredményei alapján az építmény szilárdsági szempontból egy vagy több egységként értékelendő. A megbízhatónak ítélt mérési eredményekből ki kell számítani a szerkezet (szilárdsági egység) bauxitbetonjának határfeszültségeit. A vizsgált szerkezeteket a szükséges intézkedések szempontjából megállapított kategóriákba kell sorolni. A gyorsvizsgálat végrehajtása az ÉSZ 69 T (szabványtervezet) szerint Az építmény állapotának szemrevételezése A szilárdsági vizsgálat előtt lehetőség szerint be kell szerezni az épület terveit, és azokat át kell tanulmányozni. Ha a tervek nem szerezhetők be, az épületen kell felderíteni a tartószerkezetek rendszerét. A szemrevételezéses vizsgálat során a vizsgáló mérnöknek személyesen meg kell tekintetnie az épület valamennyi lényeges teherviselő elemét. Tisztáznia kell valamennyi teherviselő elem anyagának fajtáját abból a szempontból, hogy tartalmaz-e bauxitbetont. Ha a szemle során az anyagfajta nem dönthető el egyértelműen, vagy ha korábbi vizsgálatokból nem ismert, akkor laboratóriumi vizsgálatot kell végezni. Meg kell figyelni minden olyan jelet, amelyekből a teherviselő szerkezet meglevő, vagy a közeljövőben várható károsodásra lehet következtetni, továbbá azokat a körülményeket, melyek a bauxitbeton szilárdságát károsan befolyásolhatják (hőhatás, füstgázok, nedvesség stb.). A mérési helyeket a szemrevételezés eredményei alapján kell kijelölni, a vizsgált szerkezet teherviselő jellegét is figyelembe véve. A vizsgálatok számának és helyének kijelölése A vizsgálatok helyét úgy kell kijelölni, hogy az építmény egy-egy szilárdsági egységnek tekinthető részén a vizsgálatok száma megfelelő arányban legyen az objektum nagyságával (pl. a vizsgálatok száma megfelelő arányban van az objektum nagyságával, ha a bauxitbeton födémekkel és pillérekkel épített lakóépület esetében 50 födém m 2 -enként egy vizsgálat készül), az együtt értékelt vizsgálati eredmények száma ne legyen kevesebb 6-nál, 9/247
vegyesen oszoljon meg az együtt értékelt különböző jellegű teherviselő elemeken (oszlopon, gerendán stb.). Szilárdsági egységnek lehet tekinteni egy építménynek azokat a bauxitbeton szerkezeteit, amelyekről feltételezhető, hogy készítéskor azonos betonminőségi osztályba tartoztak, és amelyek a bauxitbeton szilárdságcsökkenése szempontjából lényeges tényezőknek is feltételezhetően közel egyforma mértékben voltak kitéve. A szilárdsági egységből ki kell rekeszteni, és más szilárdsági egységbe kell sorolni azt az építményrészt, amelyen a mért szilárdságértékek több mint 50%-kal eltérnek az együttes értékeléssel megkapott átlagértéktől. Ha valamely bauxitbeton teherviselő elemen műszeres vizsgálat nem végezhető, de a szemrevételezés és vizsgáló vésés alapján a beton minősége az építmény más mérhető szilárdságú szerkezeti elemeinek bauxitbeton minőségével azonosnak látszik, akkor azokkal egy szilárdsági egységbe sorolható. Ha a csatlakozó falszerkezeteken nem figyelhető meg olyan elváltozás, amelyből az alapok meghibásodására lehet következtetni, akkor az alapokat nem kell megvizsgálni. Előnyben kell részesíteni azokat a mérési helyeket, ahol a vakolat mérés utáni helyreállítása elkerülhető, vagy más olyan tartós jel alkalmazható, amelynek segítségével az épület további romlásának ellenőrzésére szolgáló későbbi mérések idején az eredeti mérési hely pontosan megtalálható. A mérési helyek későbbi megtalálhatóságát biztosítani kell a vizsgálati jegyzőkönyvhöz mellékelt vázlattal és/vagy egyértelmű leírással. Roncsolásmentes szilárdságbecslés N típusú Schmidt-kalapáccsal Nem alkalmazható Schmidt-kalapács, ha a beton folyadékkal telített, ha a beton fészkes, üreges, ha a beton felületét valamely hatás elroncsolta, vagy ha feltételezhető, hogy a betonszilárdság az elem felületén és belsejében lényegesen eltérő. A mérés lehetőleg függőleges betonfelületen végzendő. Vízszintes betonfelületen alulról történő mérést és ferde felületek Schmidt-kalapácsos vizsgálatát lehetőleg kerülni kell. A vizsgálatokat az MSZ 4715/5:1972 szabvány szerint kell végezni. A vizsgálati helyek előkészítését és a Schmidt-kalapács kezelését az ÉMI HSZ 201-1972 háziszabvány szerint kell végrehajtani. A mérés eredményeit vizsgálati naplóban kell rögzíteni. E naplót legalább három példányban kell elkészíteni. A kockaszilárdságot a megadott táblázat szerint lehet meghatározni. A vizsgálati eredményekből határfeszültséget kell meghatározni. Ha a beton állapotának időbeli változását Schmidt-kalapáccsal ismételten végzett mérések alapján vizsgálják, e vizsgálatot a visszapattanások átlagértékének változása alapján kell végrehajtani. Mivel a Schmidt-kalapácssal mért visszapattanás csak a vizsgált felülethez közeli betonréteg tulajdonságaitól függ, ezért a mélyebben fekvő betonrétegek szilárdságára egyáltalán nem jellemző. Viszont a bauxitbeton szilárdságvesztesége lényegesen különböző a felületen és a szerkezet belsejében. Emellett figyelembe kell venni azt is, hogy a visszapattanás mértéke a szilárdságon kívül számos más körülménytől (adalék szemnagysága, a péptelítettség, a beton nedvességtartalma stb.) is függ, ezért a mérés csak nagyon tájékoztató jellegű, inkább a szilárdság időbeli változásának, mint a vizsgálatkori szilárdságnak a megítélésére alkalmas. Pontosabb szilárdsági adat igénye esetén a roncsolásmentes vizsgálatokat kifúrt magminták roncsolásos vizsgálati eredményei alapján kell kalibrálni. Az azonos helyen ismételten végrehajtott Schmidt-kalapácsos vizsgálat befolyásolja a beto felületi keménységét, és ezzel a vizsgálati eredményt is. 10/247
Roncsolásmentes szilárdságbecslés ultrahangos készülékkel Nem alkalmazható ultrahangos készülék, ha a beton fészkes, üreges, vagy ha a mérőfejek összekötővonalát repedés keresztezi. A vizsgálati helyek előkészítésénél és a vizsgálat végrehajtásánál az MSZ 4715/5:1972 szabvány szerint kell eljárni. A mérés eredményeit vizsgálati naplóban kell rögzíteni. E naplót legalább három példányban kell elkészíteni. A kockaszilárdságot a megadott táblázat szerint lehet meghatározni. A vizsgálati eredményekből határfeszültséget kell meghatározni. A szokásos vizsgálatoknál csak egy átlagos terjedési sebességet lehet mérni. Ez az egyetlen információ általában nem elég a beton állapotának megbízható megítéléséhez. Pontosabb szilárdsági adat igénye esetén a roncsolásmentes vizsgálatokat kifúrt magminták roncsolásos vizsgálati eredményei alapján kell kalibrálni. Ellenőrzés véséssel A Schmidt-kalapácsos vizsgálattal egy időben, ellenőrzés céljából szilárdsági egységenként legalább két helyen ellenőrző vésést kell végezni kisméretű, lapos vésővel és 0,25 kg-os kalapáccsal. Az ellenőrző vésés során legalább egy acélbetétet fel kell tárni. Az ellenőrző véséses vizsgálat eredményeit gyorsvizsgálati szakvélemény mellékletét képező vizsgálati jegyzőkönyvben kell rögzíteni. A vésés során meg kell figyelni, hogy: a) a beton a véséssel szemben mekkora ellenállást tanúsít Nehezen véshető, ha a beton szilárd és tömör. Közepesen véshető, ha a beton helyenként még szilárd, de a kötőanyag már kezd fellazulni, az adalékanyag szemcsék felületére a kötőanyag nem tapad. Porlékony, ha a beton véséssel szemben ellenállást alig mutat, a kivésett darabok kézzel morzsolhatók. b) az acélbetétek nem korrodáltak-e c) az acélbetétek tapadását nem befolyásolja-e a fellazulás (porréteg veszi körül a vasalást) d) a felület és az alatta levő rétegek között van-e értékelhető szilárdsági eltérés. Kiegészítő ellenőrzés roncsolásos vizsgálattal Ha kiegészítő mérést kell végezni, és ez nem végezhető el roncsolásmentes eljárással, de a megfelelő próbatestek kivétele lehetséges, akkor kell roncsolásos vizsgálatot végezni. A roncsolásos vizsgálat az építmény alkalmas helyeiről szükséges számban az építményből kifúrt magok vagy kivésett betontömbökből készített próbakockák laboratóriumi törését jelenti. A próbatestek helyét úgy kell kijelölni, hogy a mintavétel ne befolyásolja az épület állékonyságát. Erre a célra legalkalmasabbak a födémlemezek, lépcsőházi pihenőlemezek stb. A kijelölt tömbben levő acélbetétek csak abban az esetben vághatók el, ha az elvágás nem veszélyezteti a szerkezet teherbírását. A próbatesteket olyan mennyiségben kell kivenni, hogy a törési eredmények jól jellemezzék az egész szerkezet, vagy az egy egységként kezelt épületrész betonjának szilárdságát. Egy-egy építmény, illetve építményrész betonjának minősítésére általában elégséges 500 m 2 -enként 1 mintavétel, azaz min. 3 darab, különböző helyről vett, megfelelő méretű, jellel ellátott próbatest. A próbatesteket az MSZ 4715/4:1972 szabvány szerint kell előkészíteni, vizsgálni és értékelni. A próbatestek kivétele előtt, a kivétel helyén mindig el kell végezni a Schmidt-kalapácsos (és esetleg az ultrahangos) vizsgálatot a roncsolásmentes és a roncsolásos vizsgálat közötti összefüggés meghatározása érdekében. 10 cm-nél kisebb magassági méretű kifúrt magok használata nem célszerű. A különböző alakú, méretű és kialakítású próbatestek nyomószilárdságának átszámítására alkalmas összefüggést kell használni. 11/247
Bauxitbeton határfeszültség meghatározása A szilárdságilag egy egységként kezelt épületre (épületrészre) az egyedi (K i ) kockaszilárdsági adatokból, amelyeket roncsolásmentes (Schmidt-kalapácsos, ultrahangos) vagy roncsolásos vizsgálatok alapján állapítottak meg, a bauxitbeton nyomó határfeszültsége a következők szerint határozható meg: Vasalt betonszerkezetek esetében: bh = 0,75 K k Vasalatlan betonszerkezetek esetében: bh = 0,50 K k ahol K k = K m t s K m a megkapott kockaszilárdságok átlaga s a megkapott kockaszilárdságok korrigált szórása t táblázatból vett érték n 6 7 8 9 10 11 12 14 16 18 20 25 30 35 40 45 50 t 2,56 2,40 2,30 2,23 2,17 2,13 2,09 2,03 1,99 1,96 1,93 1,89 1,86 1,84 1,82 1,81 1,80 1,64 Acélbetétek határfeszültsége Az acélbetétek anyagának szilárdsága a beépítés óta változatlannak tekinthető. A gyorsvizsgálat kapcsán az acélbetétek anyagának szilárdságát általában nem kell vizsgálni. A gyorsvizsgálati jegyzőkönyvben nyilatkozni kell arról, hogy a tapadás a beton és az acélbetét között biztosítottnak látszik-e. Ha a szükséges tapadás nem látszik biztosítottnak, a szilárdsági egységet C2 kategóriába kell sorolni. 12/247
2. Csap kiszakító vizsgálatok (Dr. Borosnyói Adorján) A kiszakító vizsgálatok során azt mérjük, hogy egy betonba ágyazott, fejjel rendelkező csap kiszakításához mekkora húzóerőre van szükség. A 2.1 ábra egy általános elrendezési sémát mutat a kiszakító vizsgálatra. A csapot egy húzóberendezéssel, a betonfelületre egy gyűrűvel feltámasztva, központos terhelést kifejtve terheljük. A reakcióerőt a gyűrű alakú támasz adja át a betonra. Ahogyan a csap kiszakad, egy kúp alakú betontest is kiszakad a szerkezeti betonból. A szakadókúp alakját elméletileg az a kúppalást felület adja, amely a 2.1 ábrán is jelölve van. A szakadókúp valóságos alakja függ a támaszgyűrű belső átmérőjétől (D), a beágyazott csap fejének átmérőjétől (d) és a csap beágyazási mélységétől (h). Az elméleti szakadókúp kúppalástjának csúcsszöge (2 ) a következőképpen adható meg: D d 2 2 tan 2h 2.1 ábra. Kiszakító vizsgálat általános elrendezési sémája A kiszakító vizsgálat kivitelezés során használható a szerkezeti beton aktuális szilárdságának a meghatározására, előzetesen fölállított kiszakítóerő-nyomószilárdság kapcsolat felhasználásával. Ezzel a szerkezeti elem kizsaluzhatósága és a feszíthetősége eldönthető, de alkalmas lehet például arra is, hogy a hideg elleni védelem hatékonyságát leellenőrizzék és döntsenek annak esetleges további szükségességéről. Ellentétben sok más helyszíni vizsgálati módszerrel, a kiszakító vizsgálat során a szerkezeti betont statikus, monoton növekvő teherrel egy lokális tönkremenetel eléréséig terheljük, és ténylegesen meghatározunk a beton nyomószilárdságával közvetlen összefüggésben lévő anyagjellemzőket. Mivel a vizsgálat során a szerkezeti beton térbeli feszültségállapotban van, így nem közvetlenül kapjuk meg a nyomószilárdságot, amelyet szabványos henger vagy kocka próbatesteken egytengelyű feszültségállapotban igyekszünk meghatározni. Ennek ellenére, az eljárás roncsolásos jellege miatt, a nyomószilárdság becslésére viszonylag megbízható összefüggések állíthatók fel a kiszakító vizsgálatok alapján. 13/247
Történeti áttekintés A módszer kifejlesztése a volt Szovjetunióban A kiszakító vizsgálatot a világon elsőként a szovjet Központi Építőipari Kutatóintézet munkatársa, Skramtajew professzor írta le tudományos közleményben, mégpedig az Amerikai Betonszövetség Journal of the ACI című folyóiratában, 1938-ban, angol nyelven. Cikkében a kiszakító vizsgálaton kívül még számos helyszíni betonvizsgálatot is bemutatott, amelyekkel lehetséges a nyomószilárdság becslése. Az ott leírt kiszakító vizsgálati módszer (amelyet két mérnök, Volf és Gershberg fejlesztett ki) lényege, hogy a szerkezeti betonba egy gömbben végződő acél csapot betonoznak és meghatározzák, hogy mekkora erő szükséges a csap kiszakításához a megszilárdult betonból. A módszer a következő. Egy 38 mm hosszúságú, 8 mm átmérőjű, és a beton felőli végén 12 mm átmérőjű, gömb alakú fejben végződő acél csapot 48 mm mélyen bebetonoztak úgy, hogy a csap zsaluzat felőli másik végén csavarral rögzítették a zsaluzathoz. A 2.2 ábra Skramtajew eredeti publikációjában közétett vázlatot mutatja. A kiszakító vizsgálat előtt a csavart eltávolították és a hidraulikus sajtót egy menetes szár közbeiktatásával csatlakoztatták a bebetonozott csaphoz. A csapot a hidraulikus sajtóval kiszakították a megszilárdult betonból és rögzítették a kiszakítóerőt. Skramtajew megjegyzi cikkében, hogy a bebetonozott csap kiszakítása közben a betonban húzó- és nyírófeszültségek ébrednek, és tönkremenetelkor egy kb. 90 -os csúcsszögű szakadókúppal együtt szakad ki a csap a betonból. Vizsgálat közben a hidraulikus sajtó reakcióerejét olyan, kellően nagy méretű acéllemezen támasztották fel a betonfelületre, hogy az a szakadókúp kialakulására ne gyakoroljon hatást. Ezáltal a szakadókúp alapkörének átmérője 100-120 mm-re adódott. A kialakuló szakadókúp geometriájára vonatkozóan ennél több adatot nem publikáltak, de feltételezhető, hogy a 2.2 ábrán bemutatott vázlat hasonlatos volt ahhoz. 2.2 ábra. Kiszakító vizsgálat elrendezési sémája Skramtajew szerint A tapasztalatok szerint abban az esetben, ha a vizsgált beton nyomószilárdsága 10 MPa alatt volt, akkor a kiszakítóerő és a nyomószilárdság aránya egy állandó érték volt, és a tapasztalt terjedelem az átlagérték körül a 9% tartományban volt. Ez alapján Skramtajew kijelentette, hogy a csap kiszakító vizsgálat egyszerű végrehajthatósága és pontossága miatt alkalmas a szerkezeti beton helyszíni szilárdságvizsgálatára. Hátrányként említette, hogy a csapok helyét a zsaluzaton előzetesen elő kell készíteni, és a vizsgálatot követően a betonfelületen javítást kell végezni. Összességében azonban azon a véleményen volt, hogy az előnyök sokkal nagyobbak, mint a hátrányok, és nagy jövőt jósolt a módszernek. 14/247
2.3 ábra. Kiszakító vizsgálat elrendezési sémája Tremper szerint 2.4 ábra. Szilárdságbecslő összefüggés Tremper szerint A módszer továbbfejlesztése az Amerikai Egyesült Államokban Hat évvel Skramtajew úttörő cikke után Tremper egy könnyebben gyártható geometriai kialakítást javasolt a kiszakító vizsgálatok csapjaihoz. A szovjet javaslattól eltérően a gömb alakú csapvég helyett hengeres kialakítást ajánlott. Ennek vázlatát a 2.3 ábrán láthatjuk. A csapfej vállát 45 -os szögben munkálták meg. A hidraulikus sajtó reakcióerejét 152 mm belső átmérőjű acélgyűrűre támasztották fel a betonfelületre, így az a szakadókúp kialakulására nem gyakorolt hatást. A szakadókúp alapkörének átmérője 120-150 mm-re adódott. A kevés geometriai változtatástól eltekintve Tremper eljárása a szovjet módszerrel teljesen azonos volt abban a tekintetben, hogy a szakadókúp a támaszgyűrűtől teljesen függetlenül tudott kialakulni. A módszert Tremper hat eltérő betonösszetétel mellett tesztelte (homokos kavics és zúzottkő adalékanyaggal; D max = 30 mm), a megszilárdult beton nyomószilárdsága 6 MPa és 40 MPa között változott. A vizsgálatok eredményei (átlagértékek alapján) a 2.4 ábrán 15/247
láthatók. Az egyik fontos megfigyelés, hogy a kapcsolat (ellentétben Skramtajewnek a kis szilárdságok esetén megfigyelt tapasztalataival) nem lineáris ebben a szilárdsági tartományban. Kis szilárdságok esetén a lineáris közelítés itt is elfogadható. Másik fontos megfigyelés, hogy számottevő különbség figyelhető meg a kvarckavics és a zúzottkő adalékanyagú betonok összefüggései között: ugyanolyan nyomószilárdság esetén nagyobb kiszakítóerő tartozik a zúzottkő adalékanyaggal készített betonokhoz, mint a kvarckavics adalékanyaggal készült betonokhoz. Tremper vizsgálatai során a kiszakítóerők esetén 9,6%-os variációs együtthatót mért, míg ugyanez a nyomószilárdság vizsgálatok esetén 8,4%-ra adódott. Ez alapján Tremper is alátámasztotta a korábbi véleményt, hogy a kiszakító vizsgálat alkalmas lehet a szerkezeti beton helyszíni szilárdságának a meghatározására. Tremper biztató eredményeitől függetlenül, az 1940-es években a csap kiszakítási eljárás még nem vált egészen elfogadottá az építőmérnöki gyakorlatban. Mindez csak az 1970-es években, a dán Kriekegard-Hansen munkássága nyomán elkezdődő kutatásokat követően következett be. Kierkegaard-Hansen fejlesztései 1962-ben indult Dániában egy kutatási program Peter Kierkegaard-Hansen vezetésével, amelynek elsődleges célja az volt, hogy meghatározza a kiszakító vizsgálatok optimális geometriai elrendezését. Eredményeként olyan, helyszínen is használható csap kiszakítási módszer (a világszerte ismert LOK-TEST módszer) lett kifejlesztve, amellyel a megkapható kiszakítóerő szoros korrelációban van a beton nyomószilárdságával. Kierkegaard-Hansen munkájának áttekintésével megérthetjük a csap beágyazási mélységének, a csapfej méretének és a hidraulikus sajtó reakcióerejét átadó acélgyűrű méretének a jelentőségét, ezért ezt az áttekintést a következőkben röviden megadjuk. 2.5 ábra. Kierkegaard-Hansen első vizsgálatai Kierkegaard-Hansen elsődleges célja az volt, hogy a szerkezeti beton külső kérgétől távol, kellő mélységben legyen a kiszakítandó csap, így a szakadókúpban a durva adalékanyag szemcsék is legyenek jelen. A mélyen elhelyezett csapok kiszakításához azonban nagyon robosztus, nagy erőt kifejteni képes vizsgáló berendezés lenne szükséges, ráadásul a helyreállítandó betonrész is nagy lenne, így ennek van egy ésszerű felső határa. Kierkegaard- Hansen úgy állította össze a kutatási módszerét, hogy a csapfej beágyazási mélysége 25 mm legyen. A csapfej optimális méretét nem kiszakító vizsgálatokkal határozta meg, hanem oly módon hogy beton lemezekbe ágyazott acél korongokat laboratóriumi nyomóberendezés 16/247
segítségével a 2.5 ábrán látható elrendezésben kinyomott azokból. A később kifejlesztett vizsgálati eljárás (LOK-TEST) is innen kapta a nevét, mert dán nyelven a lokning szó kinyomást jelent és a vizsgálatai során kapott anyagjellemzőt Kierkegaard-Hansen lok styrke, azaz kinyomási szilárdság néven említette. A megvizsgált csapfej méretek 20 mm és 40 mm között változtak. Azt figyelte meg, hogy a kiszakítóerő 1%-kal növekszik, ha a csapfej átmérője 1 mm-el nő. Az optimálisnak megjelölt csapfej átmérőt 25 mm-esnek jelölte meg. Az is világossá vált a vizsgálatok során, hogy a szakadókúp palástja valójában nem csonkakúp-palást, hanem trombitaszerű alakja van, és az átmérője a csapfejtől távolodva egyre nagyobb. A vizsgálati elrendezés harmadik paramétereként Kierkegaard-Hansen megvizsgálta a hidraulikus sajtó reakcióerejét átadó acélgyűrű méretének a hatását. A megvizsgált gyűrű belső átmérők 130 mm és 50 mm között változtak. Az optimális méret 55 mm-re adódott. Ezzel kialakult a LOK-TEST módszer: a 25 mm átmérőjű, 25 mm mélyen betonba ágyazott acélkorongot egy száron keresztül, központos húzóerővel, 55 mm belső átmérőjű acélgyűrű támasz közbeiktatásával kell kiszakítani a helyszíni vizsgálat során. Kierkegaard-Hansen módszerének további fejlesztései Az 1970-es években, az Amerikai Egyesült Államokban Richards, majd Ausztriában Kaindl tett javaslatot a csap kiszakító módszer további pontosítására. Richards a csap geometriájában és kialakításában javasolt változtatásokat, míg Kaindl pontosítása azt írta le, hogyan lehet a csap kiszakítási módszert úgy alkalmazni, hogy ne kelljen a zsaluzatot előzetesen eltávolítani (korai szilárdság vizsgálata), illetve a vizsgálatot követően ne kelljen felületi javítást végezni (bennmaradó csap). A 2.6 ábra mutatja be a Kierkegaard-Hansen által kifejlesztett és a Richards által kifejlesztett csapok összehasonlítását. A Richards-féle csap kiszakítása során kialakuló szakadókúp palástfelülete kb. 50%-al nagyobb, mint a Kierkegaard-Hansen által kifejlesztett csap kiszakítása során kialakuló szakadókúp palástfelülete. A Kaindl féle javaslatokat a 2.7 ábra szemlélteti. 2.6 ábra. Kierkegaard-Hansen és Richards módszere 17/247
2.7 ábra. Kaindl javaslata Tönkremeneteli mechanizmus A bebetonozott csap kiszakító vizsgálata közben a betont statikus terhelés éri. Ebből elméleti megfontolások alapján lehetséges a feszültségek kiszámítása, a repedések megjelenésének előre jelzése, illetve a kiszakító erő megadása. A beton nyomószilárdsága így megbecsülhető, a valós kiszakítóerő alapján. A betonban ébredő feszültségek kiszámítása komplikált feladat. A következőkben áttekintjük ennek lehetséges módjait. Egyszerűsített megközelítés Kiindulva Skramtajew megállapításából, hogy a bebetonozott csap kiszakítása közben a betonban húzás és nyírás ébred, és a szakadókúp alkotójának hajlásszöge 45 -os szöget zár be a csap szárának irányával, felrajzolhatjuk az elkülönített szakadókúpra ható erőket (2.8 ábra). A külső és belső erők egyensúlya alapján a kiszakítóerőt (P) normálfeszültségek ( ) és nyírófeszültségek ( ) egyensúlyozzák a szakadókúp palástja mentén. A normálfeszültség pozitív előjelű (húzófeszültség) és iránya merőleges a szakadókúp palástjára. A nyírófeszültség a szakadókúp palástja mentén ébred, és iránya az ábrán látható. A feszültségek függőleges irányú komponense megszorozva a szakadókúp palástfelületével (A) szolgáltatja azt a belső erőt, amely egyensúlyozza a kiszakítóerőt (P). Ha feltételezzük, hogy a feszültségek megoszlása egyenletes, akkor felírhatjuk, hogy: Ahol a szakadókúp palástfelülete a következőképpen írható fel: ahol D a hidraulikus sajtó reakcióerejét átadó acélgyűrű belső átmérője d a csapfej átmérője h a csap beágyazási mélysége 18/247
2.8 ábra. Az elkülönített szakadókúpra ható erők Szabadalmában Kierkegaard-Hansen említi, hogy a szakadókúp palástfelületének hasonlóan görbült alakja van, mint ami az egytengelyű nyomószilárdság vizsgálat során kialakul egy henger alakú próbatestben, tehát a kiszakító vizsgálat során megkapható kiszakítóerő kapcsolatba hozható a beton nyomószilárdságával. Ez az érvelés elvében helytelen, hiszen a két vizsgálat során egészen más okok miatta alakulnak ki az említett görbült felületek. A kiszakító vizsgálat során a szakadókúp húzás és nyírás révén választódik el a betonszerkezet tömegétől, míg a nyomószilárdság vizsgálat során a megmaradó, csaknem ép, kúpszerű betonrészek a próbatest és a nyomógép nyomólapja között ébredő súrlódóerő, illetve a terhelőerő által létrejövő háromtengelyű (triaxiális) feszültségállapot következménye. A szakirodalomban olyan téves elképzelést is találunk, amely azt sugallja, hogy a kiszakító vizsgálatból a beton nyírószilárdsága közvetlenül megkapható, ha a kiszakítóerőt elosztjuk a szakadókúp palástfelületével. Dimenzióját tekintve ez valóban feszültség jellegű mennyiséget eredményez, azonban ez sem nem normálfeszültség, sem nem nyírófeszültség, hiszen a kiszakítóerő nem merőleges és nem párhuzamos a szakadókúp palástfelületének alkotójával. A kiszakító vizsgálatok során kialakuló jelenségek megértéséhez, és ezeknek a beton nyomószilárdságával való kapcsolatba hozásához az egyszerűsítő megközelítések nem alkalmazhatók, ezért a következőkben a részletesebb vizsgálatok eredményeit tekintjük át röviden. Merev-képlékeny megközelítés Ha feltételezzük a következőket: a betonra érvényes az általánosított Mohr-Coulomb törési feltétel és a folytonosság megszűnése megengedett; a szakadókúp palástja csonkakúp palástfelület; a normálfeszültségek és nyírófeszültségek megoszlása egyenletes a szakadókúp palástja mentén; a beton belső súrlódási szöge fele akkora, mint a szakadókúp csúcsszöge; a beton húzószilárdsága egyenesen arányos a nyomószilárdságával; akkor elméletileg levezethető, hogy a kiszakítóerő egyenesen arányos a beton nyomószilárdságával F max [kn] = 0,89 f c [MPa] alakban (Jensen, Braestrup, 1976). A levezetés joggal kritizálható, mert nem ad valós képet a csap kiszakításról, csupán a kezdeti 19/247