Klasa wytrzymałości betonu

Beton jest podstawowym materiałem konstrukcyjnym w budownictwie, a jego wytrzymałość na ściskanie jest kluczowym parametrem determinującym jakość i przydatność do zastosowań inżynierskich. Klasa wytrzymałości betonu definiuje jego charakterystyczne właściwości mechaniczne, które muszą być zgodne z wymaganiami projektowymi i normatywnymi. Dokładne określenie klasy wytrzymałości betonu wymaga przeprowadzenia badań zgodnie z obowiązującymi normami.

1. Klasa wytrzymałości betonu

Klasa wytrzymałości betonu jest kluczowym parametrem, który określa jego zdolność do przenoszenia obciążeń ściskających. Oznaczenie klasy betonu, np. C20/25, informuje o jego wytrzymałości na ściskanie, gdzie pierwsza liczba (20) oznacza minimalną wytrzymałość charakterystyczną betonu na próbkach walcowych, a druga liczba (25) na próbkach sześciennych.

2. Normy i standardy

2.1. Podstawowe normy dotyczące betonu

• PN-EN 206: Beton – Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność – podstawowa norma określająca wymagania dotyczące betonu zwykłego, ciężkiego i lekkiego kruszywowego.

• PN-EN 12390: Badanie betonu – seria norm od części 1 do 13, opisujących metody badania betonu, w tym przygotowanie próbek, badania wytrzymałości na ściskanie, rozciąganie, zginanie oraz inne właściwości mechaniczne.

2.2. Klasyfikacja wytrzymałości betonu

Klasy wytrzymałości betonu są oznaczane symbolami, które odnoszą się do charakterystycznej wytrzymałości na ściskanie. Zgodnie z PN-EN 206, klasy betonu są oznaczane jako C (z ang. Concrete), po którym następują dwie liczby:

• Pierwsza liczba odnosi się do charakterystycznej wytrzymałości na ściskanie przy badaniu próbek walcowych o wymiarach Ø150×300 mm –  walec [MPa].

• Druga liczba odnosi się do charakterystycznej wytrzymałości na ściskanie przy badaniu próbek sześciennych o wymiarach 150×150×150 mm – szescian [MPa].

Przykład: Klasa C25/30 oznacza beton o charakterystycznej wytrzymałości na ściskanie 25 MPa (próbka walcowa) i 30 MPa (próbka sześcienna).

3. Klasy wytrzymałości betonu zgodnie z PN-EN 206

4. Badania wytrzymałości betonu

4.1. Przygotowanie próbek

Zgodnie z PN-EN 12390-2:

• Pobieranie próbek: Próbki betonu pobiera się bezpośrednio z mieszanki betonowej podczas jej układania na budowie lub z elementów konstrukcyjnych.

• Rodzaje próbek:

  • Kostki: Standardowo o wymiarach 150×150×150 mm.

  • Walce: O średnicy 150 mm i wysokości 300 mm.

• Formowanie: Mieszankę betonową umieszcza się w formach i zagęszcza przez wibrowanie lub ubijanie.

• Kondycjonowanie:

  • Próbki przechowuje się w formach przez pierwsze 24±0,5 godziny w temperaturze 20±5°C i wilgotności ≥95%.

  • Następnie wyjmuje się je z form i przechowuje w wodzie o temperaturze 20±2°C do czasu badania.

4.2. Badanie wytrzymałości na ściskanie

Metoda badania zgodnie z PN-EN 12390-3:

• Przygotowanie próbek: Przed badaniem powierzchnie próbek powinny być czyste, bez pęknięć i uszkodzeń.

• Urządzenie badawcze: Prasa wytrzymałościowa o odpowiedniej nośności, skalibrowana zgodnie z normą.

• Procedura:

  • Próbkę umieszcza się centralnie między płytami prasy.

  • Obciążenie przyłożone jest równomiernie, zwiększając się z prędkością 0,6±0,2 MPa/s.

  • Rejestruje się maksymalną siłę obciążającą próbkę do momentu zniszczenia.

Obliczenie wytrzymałości na ściskanie:

gdzie:

• $f_{cm}f\_\{cm\}$ – średnia wytrzymałość na ściskanie [MPa],

• $F_{max}F\_\{max\}$ – maksymalna siła obciążająca [N],

• $AA$ – pole powierzchni przekroju próbki [mm²].

4.3. Badanie wytrzymałości na rozciąganie przy rozłupywaniu

Zgodnie z PN-EN 12390-6:

• Próbki: Walce Ø150×300 mm.

• Procedura:

  • Próbkę umieszcza się poziomo między płytami prasy z przekładkami (np. z paska sklejki) w miejscach styku.

  • Obciążenie zwiększa się z prędkością 0,04–0,06 MPa/s.

• Obliczenie wytrzymałości:

gdzie:

• $f_{ct,sp}f\_\{ct,sp\}$ – wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu [MPa],

• $ll$ – długość próbki [mm],

• $dd$ – średnica próbki [mm].

5. Kontrola zgodności i ocena wyników

5.1. Zgodność z wymaganiami normatywnymi

• Charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie: Jest to wartość, poniżej której może znaleźć się nie więcej niż 5% wyników pomiarów (kwantyl 5%).

• Średnia wytrzymałość: Uzyskane wyniki powinny spełniać wymagania dotyczące minimalnej średniej wytrzymałości dla danej klasy betonu (zgodnie z PN-EN 206).

5.2. Analiza statystyczna

• Obliczenie średniej wytrzymałości:

• Odchylenie standardowe:

• Kwantyl 5% (charakterystyczna wytrzymałość):

gdzie:

• $nn$ – liczba próbek,

• $f_{ci}f\_\{ci\}$ – wytrzymałość i-tej próbki.

6. Wymagania dotyczące produkcji i dostawy betonu

6.1. Zakładowa kontrola produkcji (ZKP)

• Producent betonu zobowiązany jest do prowadzenia systematycznej kontroli jakości produkcji, obejmującej:

  • Kontrolę surowców: Cementu, kruszyw, wody, domieszek i dodatków.

  • Kontrolę procesu technologicznego: Dokładności dozowania, czasu mieszania.

  • Badania gotowego betonu: Konsystencja, zawartość powietrza, wytrzymałość.

6.2. Certyfikacja i oznakowanie

• Beton powinien być dostarczany z deklaracją zgodności oraz oznakowaniem CE, potwierdzającym spełnienie wymagań normy PN-EN 206.

7. Czynniki wpływające na wytrzymałość betonu

• Skład mieszanki betonowej: Proporcje cementu, wody, kruszyw oraz użycie domieszek chemicznych i dodatków mineralnych.

• Warunki dojrzewania: Temperatura, wilgotność, pielęgnacja betonu w początkowym okresie wiązania i twardnienia.

• Jakość surowców: Rodzaj i klasa cementu, granulometria i czystość kruszyw, jakość wody zarobowej.

• Technologia wykonania: Sposób mieszania, transportu, układania i zagęszczania mieszanki betonowej.

Klasa wytrzymałości betonu jest kluczowym parametrem determinującym jego zastosowanie w konstrukcjach budowlanych. Dokładne określenie klasy betonu wymaga przeprowadzenia badań zgodnie z obowiązującymi normami, w szczególności PN-EN 206 i PN-EN 12390. Regularna kontrola jakości oraz przestrzeganie procedur technologicznych zapewniają osiągnięcie wymaganych parametrów wytrzymałościowych i trwałości konstrukcji.

Bibliografia:

1. PN-EN 206: Beton – Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność.

2. PN-EN 12390: Badanie betonu.

3. Neville, A. M. (2012). Właściwości betonu. Wydawnictwo Polski Cement.

4. Drozd, W., Małolepszy, J. (2010). Technologia betonu. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej.

Klasa betonu i wytrzymałość na ściskanie są ze sobą ściśle skorelowane. Im wyższa klasa betonu, tym wyższa jego wytrzymałość na ściskanie. Beton klasy C16/20 ma wytrzymałość na ściskanie 16 MPa dla próbki sześciennej i 20 MPa dla próbki walcowej. Beton klasy C20/25 ma wytrzymałość na ściskanie 20 MPa dla próbki sześciennej i 25 MPa dla próbki walcowej. I tak dalej.