Þrýsti­styrk­ur stein­steypu

Steinsteypa hefur marga eiginleika. Eiginleikar byggingarvöru á borð við steinsteypu hafa verið skilgreindir sem þeir mælanlegu eða lýsanlegu þættir vörunnar sem hafa áhrif á frammistöðu hennar og þar með á frammistöðu mannvirkisins sem hún er notuð í.

Einn framangreindra eiginleika steinsteypu er þrýstistyrkur (brotstyrkur). Um lykileiginleika er að ræða. Hann skilgreinir viðnám steinsteypu gegn þrýstiálagi, það er því álagi sem hún þolir áður en hún brotnar.

Því hærri sem þrýstistyrkurinn er, því meira álag þolir steinsteypan. Þrýstistyrkur ræður mestu um burðarþol steypu, en togstyrkur hennar er aðeins um 10% af þrýstistyrknum.

Mynd: Áhöld notuð til útbúa sýni til þrýstistyrksmælinga

Hvern­ig er er þrýsti­styrk­ur stein­steypu fund­inn?

Þrýstistyrkur steinsteypu er reiknaður út frá 28 daga gömlum sýnum sem geymd eru við staðlaðar aðstæður (20 °C hita og >95% raka). Styrkur steypunnar er skilgreindur sem styrkleiki steyptra sívalninga. Steypa sem á að standast 30 MPa styrk er  kölluð C30/37. Seinni talan á við ef prófaðir eru kubbar í stað sívalninga eins og gert er víða erlendis.

Sýni eru sett í pressu og álagið aukið þar til steypan brotnar. Sá kraftur sem þarf til að brjóta sýnið er þrýstistyrkurinn. Þrýstistyrkur er því beinn mælikvarði á burðarþol og brotstyrk steypu og þar með styrk hennar í mannvirki.

Mikilvægt er að þrýstistyrkur steinsteypu sé reiknaður út frá sömu aðstæðum. Með þeim hætti er t.d. hægt að bera saman eiginleika steinsteypu sem framleidd er af ólíkum steinsteypuframleiðendum. Ennfremur felst í þessu ákveðin neytendavernd, því mannvirki þurfa að þola mismikið álag og mikilvægt er að fá rétta steypu fyrir réttan byggingarhluta.

Sem dæmi þarf þrýstistyrkur steinsteypu í virkjun að vera mun meiri en í t.d. steyptri gangstétt.

Þrýstistyrkur er mældur í MPa (megapaskölum). Eitt pascal (Pa) jafngildir einu newtoni á fermetra (N/m ²). Eitt MPa jafngildir 1.000.000 Pa eða 1 N/mm².

Newton er SI-mælieining fyrir kraft (afl). Eitt N er sá kraftur sem þarf til að gefa hlut með massann 1 kg hröðun 1 m/s².

Mynd: Steinsteyptar hellur í þrýstistyrksprófun

Styrk­leika­flokk­un stein­steypu

Þrýstistyrkurinn er grundvöllur flokkunar steypu í styrkleikaflokka. Samkvæmt stöðlum (ÍST EN 206, ÍST EN 13670 og ÍST 76) og byggingarreglugerð eru kröfurnar sem gerðar eru til steinsteypu varðandi þrýstistyrk mismunandi eftir fyrirhuguðum notum hennar.

Steinsteypa er styrkleikaflokkuð eftir þrýstistyrk í C-flokka (e. Concrete Classes). Flokkarnir eru C12/15, C16/20, C20/25, C25/30, C30/37, C35/45, C40/50, C45/55 og C50/60.

C-12/15, C-16/20, C-20/25

Steypa ætluð fyrir upphitað rými innanhúss, og útveggi með vindheldri einangrun og vatnsheldri klæðningu.

C25/30

Steypa sem ætlað er að standi varanlega á kafi í vatni. Steypa ætluð í útveggi húsa, í þvottahús og baðstaði. Steypan er einnig ætluð í sem útisteypa vernduð frá regni.

 C-30/37

Steypa ætluð í lóðrétta óvarða fleti nálægt sjá, og innanhúss þar sem steypan fær langan tíma til að þorna en blotnar svo.

 C-35/45

Steypa ætluð í hallandi fleti t.d. útiplön og gangstéttir. Steypa ætluð í Hafnarmannvirki og plötur í bílastæðahús.

Mynd: Steinsteypa í bílakjallara fjölbýlis þarf að þola mun meiri þrýsting en t.d. steinsteypan í þakplötu hússins

Vatns/sem­ents-tala stein­steypu (v/s-tala)

Hlutfall vatns í samhengi við vatn  (v/s-tala) hefur mest vægi varðandi þrýstistyrk steinsteypu. V/s talan segir til um hlutfall vatns miðað við sement í blöndunni og hefur það afgerandi áhrif á styrk, þéttleika og endingu steypunnar.

 Samkvæmt staðli EN 206 skal reikna vatns/sements hlutfall reiknað með því að deila í massa vatns með massa sements.

Reikningsaðferðin er: v/s=massi vatns/massi sements

Mikilvægt er að hafa í huga að reiknireglan er að  reikna miðað við massa efna, ekki rúmmál. Eingöngu á að nota tölur frá vatni og sementi. Fylliefni á borð við sand og möl reiknast ekki með.

Dæmi

Blanda á 180 lítrum af vatni við sement með massann 360 kg. 180 kg af vatni eru mjög nærri 180 kg. V/s talan er því 180 kg/360 kg = 0,5. v/s (w/c) talan er 0,5.

Hag­kvæm v/s tala

Í flestum tilvikum er hagkvæm v/s-tala á bilinu 0,40–0,60, eftir því hvaða eiginleikum og vinnsluhæfni er óskað eftir. Lágt hlutfall gefur sterkari steypu, en krefst vandaðrar niðurlagnar og réttra íblöndunarefna og íauka til að tryggja endanleg gæði.

Rétt v/s-tala tryggir að efnahvörf sementsins fari eðlilega fram og að steypan nái tilætluðum styrk við hörðnun. Rangt hlutfall getur rýrt gæði steypunnar umtalsvert.

Grunn­regl­an

Grunnreglan er að þrýstistyrkur steinsteypu lækkar þegar vatns/sements hlutfall hækkar. Ef v/s-talan er of há (of mikið vatn) getur steypan orðið veikari og gljúpari, rakadrægni eykst, veðrunarþol minnkar og líkur á frostskemmdum og sprungum út frá rýrnum aukast.

Ef v/s tala er of lág (of lítið vatn) verður steypan erfið í vinnslu og hún þéttist illa. Meðal hugsanlegra afleiðinga er ófullkomin hörðnun, ójafn styrkur og steypuhreiður.

Vatn/sement-tala er lykilbreyta við hönnun og framleiðslu steypu. Með því að velja rétt hlutfall er hægt að ná hámarksstyrk, vatnsheldni og endingu, sem skiptir sköpum í íslenskum aðstæðum þar sem raki, frost og seltu áhrif geta haft mikil áhrif á líftíma steyptra mannvirkja.

Mynd: Verkfæri ætluð til rannsókna á steinsteypu

Vatns/bindi­efna-tala (v/b tala)

Vatns/bindiefna-tala (v/b-tala) er meira notuð í tengslum við gerð vistvænnar steypu. Hún lýsir hlutfalli vatns af heildarmagni bindiefna í steypunni, þar sem bindiefni fela í sér bæði sement og virka íauka (t.d. kísilryk, flugösku eða slagg).

Dæmi um út­reikn­ing v/s og v/b talna

Steypa er blönduð með eftirfarandi efnum og magni:

v/s (w/c) talan er = 180 kg/300 kg = 0,60

v/b talan er = 180 kg/(300 kg + 60 kg + 20 kg) = 0,47

Með framangreindum upplýsingum er hægt að finna þann styrktarflokk sem steypan tilheyrir.

Hlut­verk hönn­uða

Hlut­verk verk­taka

Mynd: Nota þarf steinsteypu af þeim styrk sem skilgreindur er í hönnunargögnum

Hlut­verk verk­kaupa

Heim­ild­­­ir og mynd­­­ir