Die Qualität des verwendeten Baubetons entscheidet über die Lebensdauer eines Gebäudes. Während private Bauherren beim Bau des Eigenheims oftmals auf die Qualität des angelieferten Betons vertrauen, sichern im industriellen und öffentlichen Sektor Festigkeits- und Qualitätsprüfungen zum Beispiel die Tragfähigkeit von Brücken. Federführend ist hier die Norm und Vorschrift ASTM C39. Sie regelt die Details einer Untersuchung der Druckfestigkeit einer Betonprobe, wie sie einem Betonbauwerk oder einem Betonkonstrukt zur Untersuchung entnommen wurde.
Druckprüfung: Vorschrift ASTM C39 regelt Prüfung zylindrische Betonproben
Die in der ASTM C39 beschriebene Testmethode befasst sich mit der Bestimmung der Druckfestigkeit von zylindrischen Betonproben. Dabei werden sowohl gegossene Zylinder als auch gebohrte Probenkerne untersucht. Die Vorschrift ASTM C39 hat einen Anwendungsbereich bis zu einer Druckfestigkeit von 800 kg/Kubikmeter. Das entspricht 50 britischen Pfund pro Kubikfuß.
Betonprobe bei Frischbeton
Die ASTM C39 ist der industrielle Standard für Prüfungen der Druckfestigkeit von Betonproben. Wie bereits gesagt können auch gegossene Zylinder geprüft werden. In diesem Fall setzt die ASTM C39 jedoch voraus, dass die gegossenen Zylinder aus Frischbeton vollständig ausgehärtet sind. Je nach verwendetem Beton muss seit dem Guss eine Frist von 24 Studnen bis 90 tagen verstrichen sein.
Betonprobe: gebohrte Kernproben
Bereits fertiggestellte Betonkonstruktionen und in der Benutzung befindliche Betonbauwerke werden in regelmäßigen Abständen einer Untersuchung unterzogen. Werden im Rahmen einer solchen Untersuchung Anzeichen von Schäden erkannt, wird dem Bauwerk in der Regel eine Probe entnommen und auf seine Druckfestigkeit hin untersucht.
Gebohrte Kernproben werden an Bauwerken in der Regel im Nassbohrverfahren entnommen. Die Entnahme ist nicht zerstörungsfrei. Sollte eine Nassbohrung auf eine Stahlbewehrung treffen, kann an dieser Stelle keine Betonprobe mehr entnommen werden. In diesem Fall muss die Entnahmebohrung solange an anderen Stellen wiederholt werden, bis abseits von Stahlbewehrungen eine Kernprobe entnommen werden konnte. Der entnommene Bohrkern kann anschließend der Prüfung der Druckfestigkeit unterzogen werden.
Jede Entnahmebohrung an einem Bauwerk oder an einer Betonkonstruktion führt zu einer Schwächung. Muss eine Bohrung aufgrund einer angetroffenen Bewehrung wiederholt werden, kommt es durch die wiederholte Bohrung zu einer erneuten Schwächung des Bauwerks. Aus diesem Grund ist man bemüht, Stahlbewehrungen nach Möglichkeit zu lokalisieren und dann an diesen Stellen Bohrungen zu vermeiden. Die zerstörungsfreie Lokalisierung von Stahlbewehrungen in Betonkonstrukten kann beispielsweise mit magnetinduktiven Messsystemen wie dem Proceq Profometer mit sehr guter Genauigkeit und Treffsicherheit ausgeführt werden.
Prüfablauf gemäß ASTM C39
Für die Druckprüfung werden Druckprüfsysteme verwendet. In diesen Druckprüfsystemen werden die Prüfkerne zwischen Druckplatten montiert und entlang der Belastungsachse ausgerichtet. In der Regel gibt es eine obere und eine untere Druckplatte, wobei die letztere als Probenträger fungiert und die Kernprobe aufnimmt. Die Kernprobe wird zwischen beiden Platten zentriert.
handhaben von schweren und schwersten Betonproben
Sollen besonders schwere Betonproben auf dem Druckprüfsystem untersucht werden, ist es sinnvoll, eine Ladevorrichtung für das Einführen der Betonprobe in das Prüfgerät bereitzustellen. Dies führt zu einer verbesserten Bedienersicherheit und es steigert andererseits auch die Geschwindigkeit, mit der die Prüfprozesse ablaufen können.
Die Betonprobe exakt ausrichten
Die Ausrichtgenauigkeit der untersuchten Betonprobe ist hinsichtlich der Verwendbarkeit der Messergebnisse von entscheidender Wchtigkeit. Gerade hier stellt die ASTM C39 besondere Anforderungen. Prüfgeräte, bei denenen beispielsweise die obere Druckplatte kugelgelagert ist, vereinfachen den Justierprozess und ermöglichen es so, die Anforderungen der ASTM C39 leichter zu erfüllen. Auch Abgleichplatten, welche an den Betonproben angebracht werden, beeinflussen die Nutzbarkeit der Untersuchungsergebnisse.
Stoßfreie Ausführung der Druckprüfung
In der Druckprüfung wird die Betonprobe einer Belastung bzw. Kraft durch ein festgelegtes Gewicht ausgesetzt. Wird das belastende Gewicht zu schnell auf der Betonprobe abgesetzt, kommt es zu einer stoßartigen Belastung der Probe, was durch den Stoßimpuls zu einer wesentlich stärkeren Belastung der Probe führen kann. Somit wäre eine Vergleichbarkeit der Messergebnisse mit anderen Druckprüfungen nicht mehr gegeben. Um dies zu vermeiden und standardisierte und vergleichbare Messergebnisse zu erhalten, erfolgt die Belastung stoßfrei.
Die Einleitung der Belastung in die Betonprobe erfolgt mit einer festgelegten Spannungsrate. Die ASTM C39 schreibt eine bestimmte Spannungsrate vor, was ebenfalls der Vergleichbarkeit der Messergebnisse dient. Wird die Kraft in die Betonprobe eingeleitet, kommt es ab einer gewissen Kraft zum Bruch der Probe. Schon vorher können jedoch Bruchmuster an der Probe auftreten. Dennoch wird die Einleitung der Belastung fortgesetzt.
Prüfrahmen Instron SATEC: Prüfsysteme von Herstellern
Druckfestigkeitsprüfungen werden mit Druckprüfsystemen durchgeführt. Hier gibt es am Markt eine ganze Reihe von Herstellern. Der Hersteller Instron GmbH hat verschiedene Serien (KN, LX, DX) von Prüfgeräten entwickelt. Diese Produktserien dienen der Prüfung von Beton und anderen Baumaterialien. Dabei werden Anforderungen der ASTM C39 abgebildet, aber auch jene von anderen Normen. Die erweiterte Prüfung umfasst dabei ebenfalls Bewehrungsstähle, Befestigungsmittel und weitere Betonformen.
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