Badanie wytrzymałości betonu

Badanie wytrzymałości betonu służy do oceny nośności materiału, weryfikacji zgodności z projektem, oceny jednorodności wykonania oraz kalibracji metod nieniszczących względem badań referencyjnych (rdzenie, próby laboratoryjne) przed podjęciem decyzji technicznych dotyczących napraw lub eksploatacji konstrukcji.

Zgodnie z normą PN-EN 206+A2:2021-08, wytrzymałość betonu jest jego kluczową cechą, determinującą zdolność do przenoszenia obciążeń.

Badanie wytrzymałości betonu jest fundamentalne na każdym etapie procesu budowlanego – od projektowania mieszanki, przez kontrolę jakości w trakcie budowy, aż po ocenę stanu istniejących konstrukcji, kluczowym elementem kontroli jakości w budownictwie. Badanie wytrzymałości betonu wykonujemy na budowie, in situ, metodą nieniszczącą sklerometryczną oraz metodę próbek walcowych w labolatorium.

Kiedy wykonujemy badania wytrzymałości betonu

Wytrzymałość betonu to jeden z najważniejszych parametrów wpływających na bezpieczeństwo i trwałość konstrukcji.

Najczęstsze sytuacje, w których wykonuje się badanie wytrzymałości betonu to:

• Kontrola jakości betonu świeżego:
  • Określenie konsystencji, czasu wiązania i innych parametrów świeżego betonu.
  • Porównanie z projektowanymi parametrami mieszanki betonowej.
• Ocena wytrzymałości betonu stwardniałego:
  • Badania odbiorcze: Po osiągnięciu wymaganego wieku betonu (zwykle 28 dni) przeprowadza się badania, aby potwierdzić, czy wytrzymałość betonu odpowiada projektowanej klasie.
  • Kontrole okresowe: W przypadku konstrukcji szczególnie ważnych lub narażonych na agresywne środowisko, wykonuje się okresowe badania, aby monitorować trwałość betonu.
  • Badania reklamacyjne: W przypadku wątpliwości co do jakości wykonanych robót betonowych, zleca się badania, aby potwierdzić lub wykluczyć ewentualne wady.
• Ocena stanu istniejących konstrukcji betonowych:
  • Przed remontem lub modernizacją: Badania pozwalają określić rzeczywistą wytrzymałość betonu i dostosować metody naprawcze.
  • W przypadku podejrzenia uszkodzeń: Jeżeli konstrukcja wykazuje oznaki uszkodzeń, badania pomagają zdiagnozować przyczynę i ocenić stopień uszkodzenia.

Metody badania wytrzymałości betonu

Główne metody badawcze — podział i zastosowanie

• Badania niszczące (referencyjne): próby na kostkach/walcach i badania z rdzeni wyciętych z konstrukcji; stanowią podstawę do określenia rzeczywistej wytrzymałości na ściskanie. Badanie wytrzymałości betonu na ściskanie - To najbardziej klasyczna i powszechnie stosowana metoda. Polega na przygotowaniu próbek betonu (najczęściej w formie kostek o wymiarach 150x150x150 mm lub walców) i poddaniu ich ściskaniu w prasie hydraulicznej. Maksymalne obciążenie, przy którym próbka ulega zniszczeniu, określa wytrzymałość betonu na ściskanie.

• Metody nieniszczące (NDT): sklerometr (młotek Schmidta) do szybkiej oceny twardości powierzchniowej; pomiary ultradźwiękowe (prędkość fali) do wykrywania nieciągłości i oszacowania jednorodności; georadar (GPR) do lokalizacji pustek i zbrojenia; termowizja do wykrywania zawilgocenia i odspojenia izolacji. Nieniszczące badanie wytrzymałości betonu to metoda oceny jakości betonu, która nie wymaga pobierania próbek i niszczenia konstrukcji. Istnieje wiele technik nieniszczących, które umożliwiają oszacowanie wytrzymałości betonu na podstawie różnych parametrów fizycznych, np. sprawdzenie wytrzymałości betonu na budowie metodą  badania młotkiem Schmidta.

  • Młotek Schmidta (metoda sklerometryczna) - Badanie młotkiem schmidta to szybka metoda polegająca na uderzaniu sprężynowym młotkiem w powierzchnię betonu i mierzeniu wysokości odbicia tłoka. Wskaźnik odbicia pozwala oszacować wytrzymałość betonu bez naruszania jego struktury.

  • Metoda Pull-off - badanie przyczepności do betonu metodą pull-off na powierzchnię betonu przykleja się metalowy krążek, który następnie odrywa się za pomocą siły prostopadłej do powierzchni. Mierzona siła oderwania pozwala ocenić przyczepność i wytrzymałość warstwy powierzchniowej.

• Metody przyczepności/odrywania: pull‑off (ciągnięcie na odryw) — ocena przyczepności powłok lub integralności warstw powierzchniowych.

Procedura pola i laboratorium — krok po kroku

1. Plan badań: określić cel (kontrola jakości, ocena stanu, analiza awarii), dobrać metody NDT i liczbę punktów pomiarowych na podstawie dokumentacji i geometrii elementu.

2. Przesiewowe NDT: wykonać mapowanie powierzchni młotkiem Schmidta, ultradźwiękami i GPR w celu wykrycia stref podejrzanych (puste dźwięki, obniżona prędkość fali, anomalia reflektancyjna).

3. Wytypowanie miejsc do poboru rdzeni: na podstawie wyników NDT wybrać punkty reprezentatywne i newralgiczne; uwzględnić zbrojenie i dostępność elementu.

4. Pobór rdzeni: wykonać odwierty zgodnie z normami, zabezpieczyć próbki, transport do laboratorium; minimalna liczba rdzeni zależy od wymagań projektu i rozkładu wyników NDT.

5. Badanie rdzeni w lab.: przycięcie, osadzenie, próba ściskania; wyniki służą do bezpośredniego określenia fck konstrukcji i do kalibracji korelacji NDT–niszczące.

6. Raport i interpretacja: zestawić wyniki NDT i badań niszczących, oszacować nośność i jednorodność, wskazać obszary do naprawy lub dalszej weryfikacji.

Kalibracja i korelacje NDT z wynikami rdzeniowymi

• Wyniki z młotka Schmidta i pomiarów ultradźwiękowych są orientacyjne i muszą być skalibrowane na podstawie badań rdzeniowych; jedynie tak skorelowane pomiary pozwalają na rzetelne oszacowanie wytrzymałości w konstrukcji.

• Kalibracja obejmuje statystyczne dopasowanie zależności między odbiciem sklerometru/prędkością ultradźwięków a wytrzymałością z rdzeni; procedury i akceptowalne błędy różnią się w zależności od norm i wymagań projektu.

• Praktyczna i często stosowana metoda badania wytrzymałości betonu na budowie to metoda sklerometryczna, tzw. badanie młotkiem Schmidta.

Kryteria poboru i liczba prób

• Liczbę rdzeni i lokalizację należy określić w procedurze badawczej; zwyczajowo stosuje się kombinację pomiarów przesiewowych (NDT) i wyrywkowych rdzeni tam, gdzie NDT wskazuje odchylenia lub tam, gdzie decyzje konstrukcyjne tego wymagają.

• Przy ocenie elementu krytycznego (most, słup nośny) liczba rdzeni i stopień badań powinny być większe niż przy ocenie elementów pomocniczych; dokumentacja projektowa i nadzór inspektora technicznego określają szczegóły.

Oceny i kryteria akceptacji

• Porównywać wyniki z wymaganiami projektowymi oraz klasą wytrzymałości betonu. Wyniki rdzeniowe są podstawą akceptacji; NDT służy do wykrycia lokalnych anomalii i monitorowania jednorodności.

• Wątpliwości co do nośności wymagają rozszerzenia programu badań, wzmocnień tymczasowych lub trwałych oraz konsultacji z projektantem konstrukcji.

Dokumentacja i dobre praktyki

• Każde badanie musi być udokumentowane: zakres prac, metody, lokalizacje pomiarów, warunki wykonania, protokoły poboru rdzeni i wyniki laboratoryjne. Dokumentacja służy do dalszych analiz, decyzji naprawczych i zgodności z normami.

• Przed badaniem warto zebrać dokumentację betonowania (receptury, czasy, warunki pielęgnacji) i wcześniejsze wyniki kontroli jakości, co ułatwia interpretację przyczyn ewentualnych odchyleń.

Najpopularniejszą metodą jest badanie na ściskanie próbek betonu. Świeży beton wlewa się do specjalnych form, tworząc kostki lub walce, które dojrzewają przez 28 dni. Następnie umieszcza się je w prasie hydraulicznej, która stopniowo zwiększa nacisk, aż do momentu pęknięcia próbki. Maksymalna siła, jaką wytrzymała próbka, informuje nas o wytrzymałości betonu na ściskanie.

Badanie wytrzymałości betonu na budowie

Popularna metoda nieniszcząca badania wytrzymałości betonu na ściskanie to badanie sklerometryczne z wykorzystaniem urządzenia pomiarowego typu młotek schmidta.

Warto podkreślić, że choć metody nieniszczące nie wymagają pobierania próbek, to jednak ich wyniki są jedynie szacunkowe i mogą mieć ograniczone zastosowanie w przypadku bardziej skomplikowanych projektów budowlanych. Dlatego też, w przypadku wymagających projektów, badanie wytrzymałości betonu powinno być przeprowadzone przy użyciu próbek niszczących.

Ciekawostką jest wpływ czynników zewnętrznych na wytrzymałość betonu. Temperatura, wilgotność, a nawet sposób wibracji podczas wylewania mogą znacząco wpłynąć na końcowe parametry. Dlatego inżynierowie coraz częściej sięgają po dodatki modyfikujące, takie jak plastyfikatory czy włókna zbrojeniowe, które poprawiają właściwości mieszanki.

Praktyczna i często stosowana metoda badania wytrzymałości betonu na budowie to metoda sklerometryczna, tzw. badanie młotkiem Schmidta.

Zastosowanie metody sklerometrycznej

Metoda sklerometryczna jest jedną z technik wykorzystywanych do pomiaru twardości betonu. Polega na uderzaniu stalowym udarem w powierzchnię betonu, a następnie pomiarze tłumienia fali uderzeniowej. Na podstawie otrzymanych wyników można oszacować twardość betonu i określić jakość betonu.

• Kontrola jakości betonu na budowie — szybka ocena zgodności z projektem.

  

• Wstępna ocena klasy betonu przed pobraniem próbek niszczących.

• Ocena jednorodności betonu na dużych elementach monolitycznych.

• Badanie stanu nawierzchni drogowych po ekspozycji na ruch — ocena powierzchniowej twardości betonu i innych materiałów drogowych

• Szybka selekcja miejsc do wiercenia rdzeni do badań niszczących.

• Kontrola jakości elementów prefabrykowanych przed montażem.

• Ocena wpływu napraw powierzchniowych na wytrzymałość betonu.

• Weryfikacja efektów różnego sposobu pielęgnacji betonu.

• Monitorowanie dojrzewania betonu w pierwszych tygodniach po betonowaniu.

• Badanie strefy przejściowej przy złączach betonowych — lokalne osłabienia.

• Ocena wpływu zamarzania i odladzania na powierzchniową wytrzymałość.

• Wykrywanie obszarów o obniżonej jakości z powodu nieprawidłowego zagęszczenia.

• Kontrola równości i jednorodności płyty fundamentowej przed dalszymi pracami.

• Ocena betonu w elementach mostowych podczas przeglądów technicznych.

• Szybka kontrola stanu betonu przed przyklejeniem powłok lub posadzek.

• Wstępna ocena przydatności podłoża do wykonania powłok ochronnych.

• Porównanie partii betonu z różnych dostaw (kontrola dostawcy).

• Badanie wpływu dodatków chemicznych na twardość powierzchni betonu.

• Ocena zmian właściwości betonu po działaniu ognia (warstwa powierzchniowa).

• Lokalizacja miejsc z możliwą korozją zbrojenia pośrednio przez obniżenie twardości.

• Okresowe przeglądy konserwacyjne obiektów betonowych.

• Weryfikacja zgodności betonu z wymaganym zakresem klas na protokołach dostawy.

• Ocena stanu betonu w obiektach historycznych przed remontem konserwatorskim.

• Potwierdzenie klasy betonu

• Szybka kontrola po wykonaniu napraw skierowanych na poprawę wytrzymałości.

• Selekcja obszarów do dalszej diagnostyki ultradźwiękowej lub pull-off.

• Kontrola jakości betonu w ścianach oporowych po etapach betonowania.

• Sprawdzenie efektu użycia innego kruszywa na powierzchniową twardość.

• Ocena wpływu zawilgocenia lub wysuszenia na parametry powierzchniowe.

• Badanie spadku parametrów przed planowaną wymianą elementów konstrukcji.

• Kontrola powierzchni betonu po demontażu szalunków w różnych terminach.

• Ocena zgodności betonu w elementach prefabrykowanych z deklaracją producenta.

• Badanie stref krawędzi i naroży narażonych na intensywne ścieranie.

• Weryfikacja jakości betonu podłoża przed klejeniem płytek lub paneli.

• Ocena skuteczności impregnacji powierzchni betonowych.

• Badanie wpływu zanieczyszczeń powierzchniowych na wynik przyczepności.

• Wstępne rozpoznanie uszkodzeń mrozowych na betonie eksponowanym.

• Ocena stopnia karbonatyzacji poprzez porównanie twardości z otoczeniem.

• Kontrola po zestaleniu świeżej wylewki przed kolejnymi pracami.

• Badanie jakości podkładu pod jastrych w czasie realizacji.

• Wyznaczanie referencyjnych wartości twardości dla danej mieszanki (kalibracja lokalna).

• Kontrola jakości betonu w konstrukcjach hydrotechnicznych narażonych na erozję.

• Ocena zmian po wielokrotnych cyklach obciążeń dynamicznych (zmęczeniowo).

• Badanie efektywności naprawy powierzchniowej po usuwaniu warstw skorodowanych.

• Badanie wytrzymałości betonu na ściskanie w celach kontrolnych dla UDT

• Szybka ocena stanu betonu przed odbiorem robót przez inspektora.

• Porównawcze badania elementów wykonanych różnymi technologiami (np. natrysk vs monolit).

• Ocena betonu w miejscach trudno dostępnych do pobrania rdzeni.

• Sprawdzenie jednorodności wykonania w epoce szybkiego betonowania wielopodm.

• Wykrywanie lokalnych wysłabień spowodowanych chemicznym działaniem agresorów.

• Ocena powierzchni betonowych przed wykonaniem dylatacji lub cięć konstrukcyjnych.

• Uzupełniająca diagnostyka w postępowaniu reklamacyjnym wobec wykonawcy lub dostawcy.

Badanie wytrzymałości betonu na ściskanie wykonujemy zgodnie z normą PN-EN 13791:2008, stosując metodę sklerometryczną, która nie wymaga pobierania próbek i badanie betonu przeprowadzane jest in situ, czyli na budowie.

Badanie posadzki betonowej metodą sklerometryczną, znanej również jako badanie twardości betonu, jest powszechnie stosowaną techniką oceny jakości i wytrzymałości betonowych powierzchni. Metoda ta polega na wykorzystaniu sklerometru, urządzenia pomiarowego, które mierzy twardość betonu poprzez pomiar odbicia kulki z jego powierzchni.