Měření odolnosti proti obrusu

Rozhodujícím faktorem, který ovlivňuje životnost podlahového systému, je jeho odolnost provoznímu zatížení. Vedle přesnosti specifikace stavu podloží a zatížení, správného statického návrhu nosné konstrukce, kvality použitých materiálů a provedení díla je volba vhodné obrusuvzdorné finální úpravy pro životnost podlahy zcela zásadní. Následující text je zaměřen na odolnost nášlapné vrstvy a její měření.

1. Normové metody měření odolnosti povrchu

Současné kodifikované metody měření odolnosti povrchu průmyslových podlah (ČSN 73 1324 či DIN 52108) se vesměs opírají o Böhmovu technologii, která je založena na měření úbytku hmotnosti respektive úbytku tloušťky a objemu. Zkušební tělesa jsou vystavena účinkům brousicího zařízení, jehož popis je m.j. uveden v ČSN 72 1158 (Stanovení obrusnosti přírodního stavebního kamene podle Böhma) a v DIN 52108. Zásadním rozdílem mezi zmíněnými zkouškami je počet zatěžovacích cyklů (22 resp.16) a metodika měření úbytku tloušťky. Je zřejmé, že výsledky nejsou vzájemně shodné a v materiálových listech výrobců často dochází k záměně zjištěných hodnot.
Základní nevýhody českého i německého přístupu spočívají v těchto omezujících podmínkách, které s sebou nese Böhmova technologie:

Metodu nelze aplikovat přímo na stavbě, není možné získat okamžitý výsledek měření na místě.
Zkouška je z pohledu uživatele podlahy silně destruktivního charakteru, vyžaduje výřezy nosné desky pro výrobu speciálních zkušebních těles.
Je nutno podstoupit časově náročné a nákladné laboratorní postupy pro zajištění konstantní teploty a vlhkosti zkušebních těles.
Vlastní zatížení je vyvoláno brusným agregátem a neodpovídá provozu, který se ve skutečnosti především projevuje statickými, dynamickými, únavovými a pulzními účinky místního napětí pod koly manipulačních mechanismů.
Zkouška má charakter verdiktu, který je sice výmluvný, ale nepříliš poučný z hlediska vývoje a formulace nových materiálů. Výsledkem zkoušky je číslo, které neodráží průběh testování a neumožňuje dobře hodnotit důvody destrukce (vyštipování, uvolňování či drcení zrn plniva, rychlost destrukce po počátečním porušení celistvosti povrchu, soudržnost malých částic, vliv vytvrzujících postřiků atd.).

2. Metoda STO 71

Na základě analýzy zatížení je pro studium odolnosti povrchu klíčová snaha o co nejvěrnější simulaci všech mechanických účinků. Zvolená metoda má tedy zrychleně napodobovat dlouhodobý proces provozu. Nejagresivnější zatížení nášlapné vrstvy podlahových systémů je vyvoláno pojezdem zařízení s vysokým místním zatížením pod malými kolečky z tvrdých materiálů. Na této myšlence je postavena zkušební metoda STO 71, jejíž podstatou je zjištění hloubky porušení zkoušeného povrchu.
Statická část stroje se opírá do testovaného povrchu a vytváří kluzné vedení pro hřídel dynamické části, vybrušující svými účinky stopu. Výsledná hmotnost dynamické části se přenáší prostřednictvím tří brusných koleček, která opisují kružnici o průměru 300 mm. Celková výbava STO 71 je složena z těchto položek:

Zařízení STO 71.
Šablona pro označení měřicích míst.
Mikrometr pro měření hloubky porušení.
HW a SW pro vyhodnocení, grafické výstupy a databázové uspořádání výsledků testů.
Ocelový stůl STO 71 pro podepření a uchycení testovaného vzorku.
Zařízení pro výrobu vzorků podlahových systémů na podkladní betonové desce.
Samonosné formy 600 x 600 x 50 mm.
Vibrační stůl.
Speciální hladička pro mechanickou úpravu povrchu.
Běžné vybavení pro zkoušení betonové směsi a betonu.

Technologie STO 71 je navržena tak, aby umožňovala zkoušení stávajících podlah přímo na místě bez destruktivních výřezů a současně poskytovala i testy v laboratoři. Zkušební tělesa lze připravit pomocí zvláštního zařízení, které umožňuje vyrobit přesnou napodobeninu skutečné podlahy i v případě monolitických systémů s vysokými nároky na mechanické hlazení povrchu. Proto byla vyvinuta speciální mechanická hladička STO 71 s nastavitelným sklonem lopatek a alternativním diskem, která umožňuje podstatné zlepšení kvality povrchu proti ručnímu hlazení.

3. Postup zkoušky

Upnutí stroje STO 71 ke zkoušenému povrchu.
Označení osmi měřících míst na dráze rotační hlavy (pomocí šablony).
Počáteční měření profilu desky na měřících místech.
Spuštění stroje (automaticky se vypne po 475 otáčkách).
Opakované měření a spouštění stroje až do dosažení 2 850 otáček.

4. Vyhodnocení zkoušky

Výsledná hloubka obrusu odpovídající 2 850 otáčkám se vypočítá jako rozdíl aritmetických průměrů osmi počátečních a osmi konečných měření. Lze získat i průběžná měření, která jsou zvlášť důležitá pro hodnocení méně odolných povrchů, u nichž dochází k významným poruchám ještě před ukončením testu. Zde je výhodné využití softwarového vybavení STO 71, které zajišťuje vstup naměřených hodnot, výpočet, grafické vyhodnocení, databázové uložení a dodatečné kombinování výsledků.

Výchozí teoretické předpoklady hypotézy o trvanlivosti povrchu

Základní myšlenka spočívá ve stanovení poměru účinků technologie STO 71 a srovnávacího provozu:

k = E_{STO 71}/ E_{provoz, P}

kde:

k ................... je poměr účinků STO 71 a srovnávacího provozu,
E_{STO 71} .......... jsou účinky jedné otáčky STO 71,
E_{provoz, P} ....... jsou účinky srovnávacího provozu při jednom přejezdu kola mechanismu.

Pro stanovení konstanty „k“ je dále použito:

k = N_{STO 71} x d x fp x ( SIGMA_{loc,STO 71} / SIGMA_loc,provoz ) = 13,157

kde:

N_{STO 71} .......... je počet pojezdů kola během jedné otáčky rotační hlavy STO 71,
d ................... je dynamický součinitel (ČSN 73 00 35),
fp .................. je součinitel účinků únavy a pulzace,
SIGMA_{loc,STO 71} je místní napětí pod kolem STO 71 [MPa],
SIGMA_loc,provoz je místní napětí pod kolem mechanismu srovnávacího provozu [MPa].

Pro účely výpočtu místního napětí v soustředěném tlaku obou alternativ zatížení lze aplikovat vzorec dle Hertze (v případě působení kolečka na vodorovné ploše podlahy je možné stanovit r2 => nekonečno).

Výsledek:
Jedna otáčka rotační hlavy STO 71 vyvolá účinek, který je asi 13-ti násobkem účinku jednoho přejezdu kola srovnávacího provozu!

5. Závěr - praktické využití metody STO 71

Na základě uvedeného zjištění lze sledovat dva příbuzné parametry povrchových systémů:

Míra poškození (poškození za zvolenou dobu působení provozu). V předchozím textu je zdůvodněno, proč je definován srovnávací (fiktivní) provoz jako pojezd paletovacího vozíku. Celkový počet přejezdů jednoho kola mechanismu srovnávacího provozu za zvolené období 25 let je vyjádřen takto:

N_total = T_provoz x S_provoz x N_provoz x P_provoz = 25 x 250 x 40 x 15% = 37 500

kde:

N_total ............ je celkový počet přejezdů kola mechanismu srovnávacího provozu,
T_provoz .......... je počet roků působení účinků srovnávacího provozu,
S_provoz .......... je počet směn za rok srovnávacího provozu,
N_provoz .......... je počet přejezdů kola mechanismu srovnávacího provozu za jednu směnu,P_provoz .......... je pravděpodobnost pojezdu kola vozíku po stejném místě podlahy.

Potřebný počet otáček STO 71, který vyvolá účinky 25 roků srovnávacího provozu je tedy:

R = N_total / k = 37 500 / 13,157 = 2 850 otáček STO 71

Tento údaj byl použit jako standardní pro běžnou délku zkoušky STO 71 a naměřená hloubka obrusu H_{STO 71}(2 850) udává skutečné očekávané opotřebení nášlapné vrstvy.

Trvanlivost (doba působení provozu do zvoleného poškození)

Životnost nášlapné vrstvy průmyslové podlahy může být (mimo jiné) stanovena pomocí zvolené hloubky kritického poškození povrchu, které by nastalo při předpokládaném provozu. Této zvolené hloubce opotřebení odpovídá určitý počet otáček STO 71, zjištěný na základě provedených zkoušek materiálu. Softwarové vybavení STO 71 podstatně urychluje praktické provedení této úvahy.

H _{STO 71}(C) = C

kde:

H _{STO 71}(x) .......... je hloubka poškození vyvozeného STO 71 po x otáčkách STO 71 [mm],
H _{STO 71}(C) .......... je hloubka poškození vyvozeného STO 71 po C otáčkách STO 71 [mm],
C ........................ je kritický počet otáček STO 71 vyvozující kritickou hloubku poškození.

Na základě vztahů odvozených výše, lze psát: