Měření kvality betonu

Kvalita betonu se posuzuje hlavně podle jeho pevnosti v tlaku, neboť ta je směrodatná pro nosnost a trvanlivost betonových konstrukcí. Zvláště u betonových podlah a potěrů má zjišťování pevnosti v tlaku zásadní význam pro jejich posouzení s ohledem na budoucí zatížení.

Staří Římané, kteří využívali cementovou maltu pro její vysokou pevnost v tlaku, zjišťovali její vlastnosti škrábnutím ocelovým hřebem po povrchu. Betonáři 50-let našeho století posuzovali pevnost betonu poklepáním lehkým kladívkem na stavební dílec. Potřebné informace o požadované pevnosti jim poskytoval zvuk, který přitom vznikal a dále především intenzita odrazu „měřená“ v zápěstí. Zkušený praktik byl dokonce schopen určit na základě svých pozorování pevnost v betonu, či stupeň jeho zatvrdnutí (stáří). Málokdo však má absolutní sluch a takovou praxi, aby mohl zodpovědně posuzovat kvalitu betonu jen podle zvuku.

Přesto však právě tento princip měření vytvořil v té době základ pro vývoj mechanického měřicího přístroje, ve kterém je síla úderu na povrch betonu přesně definována vymrštěním stanovené hmoty pružinou se známou charakteristikou a měří se hodnota velikosti zpětného odrazu, která se odečítá na stupnici přístroje. Autor přístroje, Ing. Ernst Schmidt z Basileje, zadal již v roce 1954 první model tohoto přístroje do výroby švýcarské firmě PROCEQ. Od té doby bylo vyvinuto dalších devět modelů tohoto tvrdoměrného kladívka orig. SCHMIDT a stalo se nejrozšířenějším přístrojem pro nedestruktivní zkoušení kvality betonu prakticky po celém světě.

Popis metody měření betonu

Použitým způsobem měření patří Schmidtovo kladívko mezi tzv. „tvrdoměrné“ (sklerometrické) metody, když se požadovaná veličina zjišťuje nepřímo prostřednictvím měření velikosti pružné reakce od vyvozeného úderu. Vnitřní rázový člen přístroje – „kladivo“ narazí definovanou energií na povrch betonu a odrazí se zpět. Velikost odrazu je závislá na tvrdosti betonu. Pomocí přepočtového diagramu sestávajícího ze tří křivek, které odpovídají třem základním směrům rázu, tj. nahoru, dolů, nebo vodorovně – se určuje pevnost v tlaku v N/mm2. Pro stanovení optimálního průběhu těchto křivek bylo v různých laboratořích a zkušebních ústavech proměřeno na 20.000 betonových kostek. Takto stanovené křivky mají dnes v minimálně šedesáti zemích světa závaznou platnost pro beton zhotovený z portlandského cementu a s obvyklými příměsemi.

Protože se při těchto zkouškách beton vůbec neporuší, nebo se poruší jen tak málo, že tím není narušena funkce zkušebního tělesa, dílce nebo konstrukce, patří tato zkouška mezi tzv. „nedestruktivní“ metody zkoušení betonu.

Srovnání s jinými metodami

Výsledkem měření Schmidtovým kladívkem je tzv. „pevnost betonu v tlaku s nezaručenou přesností (Rbe)“. Tuto pevnost je možno porovnat s tzv. „krychelnou pevností betonu“, zjišťovanou laboratorně stlačováním zkušebních krychlí, které byly zhotoveny současně s výrobou příslušné betonové konstrukce. Tato metoda vypovídá však spíše o kvalitě použité betonové směsi, než o kvalitě betonové konstrukce z ní vyrobené. Odlišné zhutnění, jiné podmínky tvrdnutí, nedostatečné množství zkušebních vzorků a konečně též neúmyslné, či záměrné rozdíly ve složení mohou výsledek této zkoušky zkreslit.

Další metodou zkoušení kvality betonu jsou ultrazvuková měření. Zatímco při měření Schmidtovým kladívkem se jedná o povrchové měření na konkrétním místě, ultrazvukovým přístrojem lze měřit čas, který potřebuje ultrazvukový signál k průchodu celou vrstvou betonu a tím posuzovat kvalitu betonového prvku v celém průřezu. Je sice vypracovaná kombinovaná metoda složená z měření Schmidtovým kladívkem a ultrazvukovým přístrojem, která dává přesnější výsledky, avšak u podlah je nevýhodou, že lze ultrazvukem provádět pouze tzv. nepřímé měření (tj. na ploše), čímž je potlačen vlastní efekt kombinované metody. V ČSN 73 1373 jsou uvedeny ještě další tvrdoměrné metody (např. Waitzmannovo kladívko, kuličkový a špičákový tvrdoměr), avšak tyto se již v praxi zpravidla nepoužívají.

Tvrdoměrné kladívko SCHMIDT je podle zákona č. 505/1990 Sb., o metrologii v novelizovaném znění zákona č. 119/2000 Sb. a navazující Vyhlášky MPO č. 263/2000 Sb. stanovené měřidlo, na které se vztahuje povinnost metrologického ověřování.

Popis měření

  • Výběr typu tvrdoměru: podle očekávané pevnosti a druhu podlahové konstrukce je nutno nejdříve vybrat vhodný typ Schmidtova kladívka.
  • Model N: základní typ používaný v rozsahu krychelné pevnosti 10 až 70 MPa v normálním pozemním a mostním stavitelství. Vhodný pro betonové podlahové konstrukce.
  • Model L: typ se sníženou rázovou energií (cca 1/3) oproti modelu N, používaný v rozsahu krychelné pevnosti 10 až 70 MPa . Tímto modelem se zkouší tenkovrstvé stavební prvky a konstrukce s tloušťkou pod 100 mm, aby se zabránilo vzniku rázem vyvolaných vibrací, které by ovlivnily naměřené hodnoty. Vhodný pro měření tenkovrstvých betonových potěrů. Používá se však i pro měření pevnosti betonů s nižšími pevnostmi.
  • Model P: typová řada určená pro zkoušení stavebních materiálů s nízkou tvrdostí a pevností a pro zkoušení počátečních pevností malt. Pro zkoušení podlah se používá výjimečně.
  • Model M: speciální masivní model s rázovou energií 13x větší než u modelu N zpravidla pro kontrolu betonu s velikostí zrna nad 32 mm. Nachází uplatnění hlavně při kontrolách základů, přehrad, dálnic a letištních ploch.
měření kvality betonu

Modely N a L se dodávají i v modifikaci s registračním zařízením, které zaznamenává naměřené hodnoty na registrační pásce. Odpadá tím nutnost zaznamenávání či diktování naměřených hodnot a hlavně nebezpečí vzniku chyb při přenosu. Zkouška tak zabere míň času, odstraní se nebezpečí vzniku chyby z odečítání a kromě toho zůstane ve formě registrační pásky zachován dokument, který může i dodatečně poskytovat informace o výsledcích zkoušek. Z tohoto důvodu můžeme tento typ přístrojů velmi doporučit. Pro větší četnosti měření se pak již vyplatí zvážit pořízení tvrdoměru DIGI-SCHMIDT (v provedení N, nebo L), kde navíc vnitřní programové vybavení obsahuje již výše zmíněné převodní křivky (lze doplnit i vlastními speciálními) a na displeji, příp. po připojení na PC, lze odečítat již přímo přepočtené pevnostní hodnoty a dále s nimi v požadovaném programu pracovat.

Broušení podkladu

Volba a úprava zkušebních míst: beton se zkouší na vybraných zkušebních místech, která se volí tak, aby svým rozložením a počtem reprezentovala zkoušenou plochu betonu. Počet a rozložení zkušebních míst je uveden např. v přehledné tabulce 1, nebo 2 v ČSN 73 2011. Tato zkušební místa se označují a zakreslují do zkušebních protokolů a zprávy o provedené zkoušce. Velikost zkušebních míst musí být taková, aby se na nich dal provést potřebný počet měření vzájemně dostatečně vzdálených . Beton ve zkušebních místech musí být stejnoměrný, bez štěrkových míst. Před vlastním měřením se vybroušením za sucha pomocí brusného kamene odstraní na zkušebních místech zkarbonatovaná vrstva betonu (cementové mléko). Tímto je beton připraven k provedení měření.

měření kladívkem

Způsob měření: razník tvrdoměru se přiloží na zkušebním místě kolmo na povrch betonu, přičemž se celý tvrdoměr stlačuje plynulým pohybem, až se vyvodí ráz. V tomto okamžiku je uvnitř tvrdoměru proti razníku vrženo silou pružiny nárazové závaží, které je po úderu odmrštěno určitý úsek zpět. Velikost úseku ukáže ručička na stupnici. U základních modelů N a L se po každém rázu zjištěná hodnota zapíše, u registračních modelů postačí mít předem stanovený plán rozmístění zkušebních míst měření, kontrolovat pouze, zda naměřené hodnoty nepřevyšují stanovený rozptyl a odečíst je např. až po skončení měření v kanceláři. Na každém zkušebním místě se provede nejméně pět platných měření.

Vyhodnocení měření: ze všech platných měření na jednom zkušebním místě se vypočte aritmetický průměr se zaokrouhlením na jeden dílek stupnice. Hodnota jednotlivých platných měření se nesmí lišit od aritmetického průměru všech měření na témž zkušebním místě více než o ± 20%. Hodnoty vybočující z těchto mezních odchylek se vyloučí a ze zbývajících 5-ti platných měření se vypočte nový aritmetický průměr.

Diagram

Pevnost betonu zjistíme odečtením z převodního diagramu, nebo tabulky pro příslušný typ tvrdoměru a zaokrouhlíme ji na celé číslo. Zjištěné hodnoty uvedeme do tabulky, která je součástí zkušebního protokolu. Ten musí obsahovat veškeré potřebné náležitosti pro přesnou identifikaci míst měření, tabulku naměřených a přepočtených hodnot včetně dalších předepsaných formálních náležitostí jako jsou datum, čas, podmínky prostředí (teplota, vlhkost), jména - kdo prováděl měření, kdo vyhodnocoval apod.

Časté chyby

  • Použití Schmidtova kladívka pro měření jiných materiálů, než pro které jsou sestaveny kalibrační vztahy. Schmidtovo kladívko je určeno pouze k měření obyčejného hutného betonu, který je zhotoven z běžně používaného kameniva s objemovou hmotností zrn větší než 2500 kg/m3 a z portlandského cementu. Z tohoto důvodu je nevhodné použití této metody například pro měření pevnosti v tlaku betonových podlah s finální úpravou, např. minerálními vsypy, nebo jinak povrchově upravenými.
  • Nedostatečná, nebo dokonce žádná příprava povrchu zkušebního místa. Zvláště u betonů se silnou vrstvou vyplaveného cementového mléka je tak měření zcela znehodnoceno. To se týká i betonových podlah zasypaných začerstva cementem a zahlazených, tzv. „gletovaných“ podlah. Tento způsob úpravy povrchu se dříve používal pro zvýšení pevnosti jinak nekvalitních betonů s nízkou pevností. Pokud provedeme měření na této vrstvě, zjistíme vysoké pevnosti. V případě, že povrch obrousíme, zjistíme většinou velmi nízkou pevnost, neumožňující žádnou běžnou finální úpravu povrchu.
  • Měření na štěrkovitém betonu s velkými zrny kameniva. Pokud provedeme zkušební měření na kamenivu, zaznamenáme vysokou hodnotu, která však neodpovídá pevnosti betonu. Ve spojení s nízkým počtem měření dojde ke značnému zkreslení výsledků.
  • Měření na extrémně tenkých plovoucích potěrech. Pokud se měření provádí na potěru, jehož tloušťka se pohybuje kolem 2-4 cm , který zároveň není pevně spojen s podkladem („dutá místa“), nelze tuto metodu použít. Tenká vrstva potěru pod úderem razníku Schmidtova kladívka pruží a zjištěná hodnota následně neodpovídá skutečnosti. Takováto měření doprovází charakteristický „dutý“ zvuk a na ukazateli se obvykle neukáže žádná hodnota, příp. velice nízká.
  • Nevyčištěný, neseřízený přístroj. Vzhledem k podmínkám, v jakých se Schmidtovo kladívko používá, zejména vysoké prašnosti na stavbách, je nutné ho podle četnosti používání dávat čistit, seřizovat a metrologicky ověřovat v autorizovaném servisu. Nedoporučuje se provádět demontáž a čištění vlastními silami, neboť po sestavení není možnost správného seřízení a kontroly měřených hodnot na stanovené metrologicky navázané kovadlině. V žádném případě se nesmí při údržbě přístroje používat oleje, nebo tuky – jejich použití má za následek spolu s prachem z provozu vznik brusné pasty, následné zkreslování naměřených hodnot až zadření . Četnost metrologického ověření je stanovena Vyhláškou MPO č. 263/2000 Sb. 1x do roka (při velké četnosti používání zvláště v prašném prostředí se doporučuje dát kladívko vyčistit a seřídit max. po 10.000 rázech). Výše zmíněná Vyhláška navazuje na zákon č.505/1990 Sb., o metrologii v novelizovaném znění zákona č. 119/2000 Sb.
  • Nekvalifikovaná obsluha. Také kvalifikace pracovníka provádějícího zkoušku je velmi důležitá. Ten musí umět posoudit, zda na stanoveném místě lze provést po řádné úpravě povrchu plnohodnotné měření, musí s citem dodržovat vždy kolmý směr tvrdoměru k povrchu měřeného místa a pevné přitlačení k povrchu, aby nedošlo k odskočení celého přístroje, apod. Kromě jiného jsou nutné i znalosti metrologie pro správné zpracování a vyhodnocení výsledků.

Související normy

  • ČSN 73 1373 Tvrdoměrné metody zkoušení betonu
  • ČSN 73 2011 Nedeštruktívne skůšanie betónových konstrukcí
  • ČSN 73 1317 Stanovení pevnosti betonu v tlaku
  • ČSN 75 4505 Podlahy – společná ustanovení
  • ISO 8045 (mezinárodní)
  • EN 12398 (evropská)
  • BS 1881 Part 202 (Velká Británie)
  • ASTM C 805 (USA)
  • NEN 3880 A 607 (Nizozemí)
  • DIN 1048 Teil 2 (Německo)
  • NF P 18-417 (Francie)
  • B 15-225 (Belgie)
  • UNI 7997 (Itálie)
  • UNE 83.307 (Španělsko)

Autor: Ing. Jiří Mikula - TZÚS Praha, Ing. Jan Plaček