Gradbeni vestnik letnik 72 januar 2023 11 Povzetek Prispevek prikazuje rezultate obsežne eksperimentalne študije vpliva različnih parametrov betona in armature na velikost izvleč- ne sile oziroma sprijemne napetosti med rebrasto armaturno palico in okoliškim betonom. Analiziran je vpliv premera armatur- nih palic, starosti betona oziroma njegove tlačne trdnosti ter vsebnosti jeklenih vlaken v betonu. Poleg omenjenih parametrov je podrobno analiziran tudi vpliv predhodnega bentonitnega premaza armaturnih palic na sprijemnost med betonom in ar- maturo. Preiskave so izvedene skladno z veljavnimi standardi pri laboratorijskih pogojih, pri čemer smo za merjenje pomikov pri preiskavi izvlečne sile uporabili najnovejši laserski sistem. Vse preiskave smo izvedli na večjem številu vzorcev, kar nam je poleg analize z osnovnimi statističnimi parametri omogočilo tudi izvedbo analize z naprednejšo statistično tehniko analize variance (AnoVa). Rezultati kažejo, da predhodni bentonitni premaz armaturnih palic v večini primerov ni statistično značilno vplival na zmanjšanje sprijemne napetosti med vgrajeno armaturo in okoliškim betonom. Podobne ugotovitve veljajo tudi v primeru analize vpliva premera armaturnih palic ter vsebnosti jeklenih vlaken v betonu, medtem ko je višja starost betona statistično značilno vplivala na povečanje sprijemne napetosti med vgrajeno armaturno palico in okoliškim betonom. Ključne besede: beton, rebrasta armatura, sprejemna napetost, izvlečna sila doc. dr. Gregor Trtnik, univ. dipl. inž. grad. grega.trtnik@igmat.eu Igmat, d. d., Zadobrovška cesta 4, 1000 Ljubljana dr. Jakob Šušteršič, univ. dipl. inž. grad. jakob.sustersic@irma.si Irma, d. o. o., Špruha 18, 1236 Trzin prof. dr. Tomaž Hozjan, univ. dipl. inž. grad. tomaz.hozjan@fgg.uni-lj.si Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Jamova 2, 1000 Ljubljana Znanstveni članek UDK 620.17:691.328 ANALIZA VPLIVA RAZLIČNIH PARAMETROV NA STIK MED REBRASTO ARMATURO IN BETONOM INFLUENCE OF DIFFERENT PARAMETERS ON THE BOND BETWEEN REINFORCEMENT STEEL BARS AND CONCRETE doc. dr. Gregor Trtnik, dr. Jakob Šušteršič, prof. dr. Tomaž Hozjan ANALIZA VPLIVA RAZLIČNIH PARAMETROV NA STIK MED REBRASTO ARMATURO IN BETONOM Gradbeni vestnik letnik 72 januar 2023 12 doc. dr. Gregor Trtnik, dr. Jakob Šušteršič, prof. dr. Tomaž Hozjan ANALIZA VPLIVA RAZLIČNIH PARAMETROV NA STIK MED REBRASTO ARMATURO IN BETONOM Summary The paper presents the results of a comprehensive experimental study aimed at analyzing the influence of various parameters of concrete and reinforcement on the pull-out force (bond strength) between rebar reinforcement and the surrounding con- crete. The influence of reinforcement diameter, concrete age (and thus compressive strength), and amount of steel microfibers on pull-out force (bond strength) is discussed. Moreover, the influence of bentonite suspension on reinforcement bars is also studied. The experiments were performed according to valid standards under standard laboratory conditions. In order to de- termine slip, i.e. displacements between concrete and reinforced bar, a sophisticated optical laser device was used. All the tests were performed on a large number of specimens, which allowed us to analyze the results using the AnoVa statistical technique. The results show that bentonite suspension has generally no statistically significant influence on the bond strength between concrete and reinforcement. Similar results were determined when the influence of reinforcement diameter and the amount of microfibers in concrete were analyzed. On the other hand, the influence of concrete age (and thus concrete compressive strength) on bond strength between concrete and reinforcement was statistically significant. Key words: concrete, reinforcement, bond strength, pull-out force Gradbeni vestnik letnik 72 januar 2023 13 doc. dr. Gregor Trtnik, dr. Jakob Šušteršič, prof. dr. Tomaž Hozjan ANALIZA VPLIVA RAZLIČNIH PARAMETROV NA STIK MED REBRASTO ARMATURO IN BETONOM 1 UVOD Armiranobetonske konstrukcije so projektirane tako, da be- ton (po večini) prevzema tlačne, jeklena armatura v betonu pa natezne napetosti. Vzajemno delovanje betona in vgrajene armature je možno predvsem zaradi podobnega temperatur- nega raztezka betona in jeklene armature, alkalnega okolja, ki ga okoliški beton nudi vgrajeni armaturi in jo s tem ščiti pred korozijskimi procesi, ter dobrega stika oziroma sprijemnosti med vgrajeno (rebrasto) armaturo in okoliškim betonom. Ustrezna kvaliteta stika med betonom in vgrajeno rebrasto ar- maturo tako poleg lastnosti betona samega in armature po- membno vpliva na nosilnost armiranobetonskega elementa oziroma konstrukcije kot celote, še posebej pri konstrukcijah, ki so med fazo uporabe dinamično obremenjene. Temu primerno današnji standardi (predvsem standardi potresno varnega pro- jektiranja) določajo, da se kot armatura v betonu uporablja iz- ključno rebrasta armatura. V tem primeru je ustrezen stik med armaturo in okoliškim betonom zagotovljen preko treh meha- nizmov, in sicer z adhezijo, trenjem med armaturno palico in okoliškim betonom ter zaklinjanjem reber armaturne palice v okoliški beton ([Bilek, 2017], [Saje, 2021], [Yoo, 2018]). Adhezija, ki nastane v zgodnji fazi hidratacije betona s sprijemanjem hi- dratizirajočih se cementih delcev na površino jeklene armatu- re predstavlja prevladujoč mehanizem v prvi fazi, tj. pri nizkih obremenitvah armiranobetonskega elementa. Pri višjih obre- menitvah mehanizem adhezije odpove, stik med betonom in vgrajeno armaturo pa od tod dalje zagotavlja predvsem me- hanizem trenja in zaklinjanja [Saje, 2021]. Naaman [Naaman, 2003] je ugotovil, da predvsem zaklinjanje reber armaturnih palic v okoliški beton predstavlja prevladujoč mehanizem pri zagotavljanju sprijemne trdnosti med vgrajeno armaturno pa- lico in okoliškim betonom v primeru večjih obremenitev. Zaradi pomembnosti kvalitetnega stika med okoliškim be- tonom in vgrajeno armaturo z vidika nosilnosti, stabilnosti in trajnosti armiranobetonskih konstrukcij številni raziskovalci pogosto preučujejo vpliv različnih parametrov betona in ar- mature na velikost izvlečne (angl. »pull out«) sile Fizvl oziroma sprijemne napetosti τ med vgrajeno armaturo in okoliškim betonom. Sprijemno napetost τ med okoliškim betonom in armaturno palico določimo po enačbi (1), kjer je Φ nazivni pre- mer armaturne palice, le pa sidrna dolžina, tj. dolžina, na ka- teri je armaturna palica v neposrednem stiku z okoliškim be- tonom. Sprijemna napetost τmax označuje največjo sprijemno napetost, ki se pojavi pri izvlečni sili Fmax skladno z enačbo (2). (1) (2) Saje in Lopatič [Saje, 2021] sta analizirala vpliv običajne rebraste jeklene armature in različne bazaltne armature na sprijemno trdnost τmax med vgrajeno armaturo ter betonom običajne in visoke trdnosti. Ugotovila sta, da ima tako pri preizkušancih z jekleno kakor tudi pri preizkušancih z bazaltno armaturo pre- mera 12 mm tlačna trdnost betona pomemben vpliv na spri- jemno trdnost med betonom in armaturo. V obeh primerih so bile vrednosti τmax v primeru uporabe betona visoke trdnosti za približno 70–80 % višje kot v primeru betona običajne trdnosti. Preizkušanci z vgrajeno bazaltno armaturo so sicer dosegali za približno 30 % nižje vrednosti τmax v primerjavi s preizkušanci z rebrastimi jeklenimi armaturnimi palicami. Gangolu s so- delavci [Gangolu, 2007] je analiziral vpliv različne vrste reber na sprijemno trdnost τmax v primeru betonov visoke trdnosti in ugotovil, da je bila vrednost τmax v primeru gladkih armaturnih palic (brez reber) za približno 40–50 % nižja od vrednosti τmax v primeru armaturnih palic s spiralno orientiranimi rebri. Prav tako je bila vrednost τmax v primeru spiralno orientiranih reber višja kot vrednost τmax v primeru reber, ki so bila orientirana ho- rizontalno oziroma pravokotno na os armaturne palice. Vpliv premera armaturnih palic na velikost τmax je bil majhen, z veča- njem sidrne dolžine le pa se je vrednost τmax zmanjševala. Do podobnih ugotovitev je prišel Bashir s sodelavci [Bashir, 2019], ki je analiziral vpliv premera Φ in sidrne dolžine le armaturnih palic z različnimi oblikami reber na vrednost τmax. Ugotovil je, da se je velikost izvlečne sile Fmax z večanjem premera in sidrne dolžine sicer povečevala, medtem ko se je velikost τmax z veča- njem premera in sidrne dolžine v splošnem zmanjševala ne glede na vrsto in orientacijo reber. Kljub številnim študijam in rezultatom, prikazanim v literaturi, je vpliv posameznih parametrov vgrajenih armaturnih palic in okoliškega betona na stik med vgrajenimi armaturnimi pali- cami in okoliškim betonom še vedno dokaj neraziskan oziro- ma so si rezultati različnih študij med seboj nasprotujoči. To je deloma posledica dejstva, da obstoječi rezultati ne zajemajo dovolj velikega števila posameznih preskušancev za korektno oziroma naprednejšo statistično analizo dobljenih rezultatov. V tem prispevku z napredno statistično tehniko analize varian- ce (AnoVa) analiziramo rezultate obsežnega eksperimentalne- ga dela, s ciljem ugotoviti vpliv različnih parametrov armature in okoliškega betona na sprijemnost med vgrajeno armaturo in okoliškim betonom. Tako analiziramo vpliv premera vgraje- nih armaturnih palic, starosti (in s tem tlačne trdnosti) betona ter vsebnosti jeklenih vlaken v strukturi betona na stik med vgrajeno armaturo in okoliškim betonom. Dodatno v vseh pri- merih analiziramo tudi vpliv predhodnega bentonitnega pre- maza na armaturnih palicah na stik med vgrajeno armaturo in okoliškim betonom. Eksperimentalno delo je potekalo v labo- ratorijih za beton inštitutov Igmat, d. d., in Irma, d. o. o. 2 MATERIALI IN METODE 2.1 Uporabljeni materiali 2.1.1 Beton Za izdelavo vzorcev smo uporabili kontraktorski beton, pri ka- terem sta vezivno komponento predstavljala dva cementa, in sicer CEM I 42,5 N SRO (20 % skupnega deleža cementa) ter CEM III/B 32,5 N – LH/SR (80 %) v skupni količini 470 kg/m3. Dodana je bila mikrosilika v suspenziji v količini 3,2 % skupne mase cementa v sveži betonski mešanici. Efektivno vodo/ve- zivno razmerje (v/v)ef smo določili po naslednji enačbi: (v/v)ef = (dodana voda + voda v suspenziji + voda v kemijskih dodatkih) / (skupna količina cementa + suhi delež mikrosilike v suspenziji) (3) Za agregat smo uporabili drobljeni apnenčev agregat iz sepa- racije Calcit Kamnik nazivnih frakcij 0/2 (30 % celotne vsebno- sti agregata v betonu), 0/4 (29 %), 4/8 (16,5 %), 8/16 in 16/32 mm (skupaj 24,5 %) ter kameno moko v količini 15 % mase cemen- ta. Betonu smo dodali tri kemijske dodatke, in sicer hiperpla- Gradbeni vestnik letnik 72 januar 2023 14 stifikator, zavlačevalec vezanja in stabilizator. Deleže posame- znih dodatkov smo določili eksperimentalno na način, da je konsistenca sveže betonske mešanice, določena z metodo razleza, s posedom znašala 550 ± 100 mm, vsebnost zraka v sveži betonski mešanici pa < 3,0 %. V primeru mikroarmirane- ga betona smo uporabili kratka jeklena vlakna s sidri, ki nimajo pomembnega vpliva na obdelovalnost svežega betona. Dolži- na vlaken je znašala 16 mm, njihov premer pa 0,5 mm. Upora- bljena vlakna so prikazana na sliki 1d v nadaljevanju. Svežemu betonu smo pred vgradnjo v kalupne preizkušance določili nekatere osnovne lastnosti skladno z veljavnimi stan- dardi. Rezultati izmerjenih lastnosti svežega betona so prika- zani v preglednici 1, pri čemer so bile vse lastnosti določene pri standardnih laboratorijskih pogojih. Rezultati, prikazani v preglednici 1, predstavljajo povprečne rezultate treh preizku- šancev. Pri starosti betona 28 oziroma 90 dni smo pri običajnih labora- torijskih pogojih skladno z veljavnimi standardi določili nekate- re osnovne lastnosti strjenega betona, rezultate teh preiskav pa prikazujemo v preglednici 2. V vseh primerih so prikazani pov- prečni rezultati treh preizkušancev. Tlačna trdnost betona je bila določena na preizkušancih v obliki kocke s stranico 15 cm. 2.1.2 Armatura Uporabljena je bila jeklena armatura v obliki rebrastih ar- maturnih palic dveh različnih premerov, in sicer ∅12 mm in ∅22 mm. Osnovne lastnosti uporabljenih armaturnih palic, do- ločene s standardnim nateznim preskusom skladno s SIST EN 6892-1:2020 [SIST, 2020], ter delež reber, določen skladno s standardom SIST EN ISO 15630-1:2019 [SIST, 2019h], so prikaza- ni v preglednici 3. Pri tem Rp0,2, Rm, Rm/Rp0,2, dfmax in Agt označujejo napetost na meji tečenja, natezno trdnost, razmerje med na- tezno trdnostjo in napetostjo na meji tečenja ter raztezek pri največji doseženi natezni sili Fmax. Delež reber označuje oznaka fR in predstavlja delež reber glede na prečni prerez armaturne palice. 2.1.3 Bentonitni premaz Bentonitni premaz se uporablja pri izdelavi diafragem. Pri tem se izkopani segment najprej zapolni z bentonitno izplako, nato pa se vgrajuje beton po kontraktorski metodi. Kontrak- torski beton izpodriva bentonitno izplako, pri čemer mora biti zagotovljen ustrezen stik med betonom in vgrajeno armaturo. Za pripravo bentonitnega premaza smo uporabljali bento- nit, sestavljen iz visokokoncentrirane bentonitne gline, natri- ja in dodatka suhega polimera. V 1 m3 vode smo dodali 60 kg bentonita. 2.2 Priprava preizkušancev Pred izvedbo preizkusa smo skladno z dodatkom D standarda SIST EN 10080:2005 [SIST, 2005] pripravili testne preizkušance v obliki betonske kocke s stranico 20 cm z vgrajeno armatur- no palico v središčni osi betonskega preizkušanca, za kar smo uporabili posebne kalupe z izvedeno odprtino za vgradnjo jeklene armaturne palice (slika 1a). Omenjeni standard predpi- suje velikost stranice kocke betonskega preizkušanca najmanj 20 cm oziroma najmanj 10x premer palice, kar v primeru ar- maturnih palic premera 22 mm pomeni najmanjšo velikost stranice betonskega preizkušanca 22 cm. Na podlagi dejstva, da v nobenem primeru med izvedbo preizkusa ni prišlo do no- benih poškodb betonskega preizkušanca, ocenjujemo, da ne- koliko manjša dimenzija betonskega preizkušanca v primeru palic premera 22 mm ni vplivala na rezultate preizkusa. Dolži- na armaturne palice je znašala približno 1,0 m, pri čemer je bil na spodnji strani betonskega preizkušanca prosti del armatur- ne palice dolžine 50 mm, na zgornji strani pa dolžine 750 mm. Skladno s standardom je bil stik med betonom in armaturno palico zagotovljen le na dolžini 5Φ (slika 1b), torej na dolžini, ki v primeru palic premera ∅=12 mm pomeni sidrno dolžino le=60 mm, v primeru palic premera ∅ =22 mm pa sidrno dolži- no le=110 mm. Na preostali dolžini (tj. 140 mm v primeru palic premera ∅=12 mm oziroma 90 mm v primeru palic premera Lastnost Oznaka Rezultat Standard Temperatura betona Tb 25,5°C SIST EN 12350-1:2019 [SIST, 2019a] Razlez s posedom 600/620 mm SIST EN 12350-8:2019 [SIST, 2019d] Tečenje H2; tkončni 61 mm; 1,16 sek SIST EN 12350-10:2010 [SIST, 2010] Vsebnost zraka Ac 1,4 % v/v SIST EN 12350-7:2019 [SIST, 2019c] Prostornin- ska masa r 2368 kg/m3 SIST EN 12350-6:2019 [SIST, 2019b] vodo/vezivno razmerje (v/v)eff 0,417 SIST 1026:2016, NC [SIST, 2016] Preglednica 1. Rezultati preiskav svežega betona. Preglednica 3. Osnovne lastnosti uporabljenih armaturnih palic. Preglednica 2. Rezultati preiskav strjenega betona pri sta- rosti 28 in 90 dni. Lastnost Oznaka Rezultat 28 dni Rezultat 90 dni Standard tlačna trdnost fcm 68,4 MPa 79,3 MPa SIST EN 12390-3:2019 [SIST, 2019f] statični modul ela- stičnosti E 42,6 Gpa 42,5 GPa DIN 1048 [DIN, 1991] odpornost proti pro- doru vode e 9,7 mm 8,0 mm SIST EN 12390-8:2019 [SIST, 2019g] Φ (mm) Rp0,2 (MPa) Rm (MPa) Agt (%) fR 12 596,5 716,1 9,04 0,067 22 566,0 699,5 10,12 0,088 doc. dr. Gregor Trtnik, dr. Jakob Šušteršič, prof. dr. Tomaž Hozjan ANALIZA VPLIVA RAZLIČNIH PARAMETROV NA STIK MED REBRASTO ARMATURO IN BETONOM Gradbeni vestnik letnik 72 januar 2023 15 doc. dr. Gregor Trtnik, dr. Jakob Šušteršič, prof. dr. Tomaž Hozjan ANALIZA VPLIVA RAZLIČNIH PARAMETROV NA STIK MED REBRASTO ARMATURO IN BETONOM ∅=22 mm) je bil stik med betonom in armaturo v celoti prepre- čen z namestitvijo plastične cevke (slika 1b) na ustrezen del armaturne palice. Po ustrezni namestitvi jeklene armaturne palice v posamezne kalupe smo le-te zapolnili z betonom (sli- ka 1c). Vgradnjo kontraktorskega betona, kakršnega smo upo- rabili pri predmetnih preiskavah je potrebno izvesti brez vibri- ranja, kar smo upoštevali pri vgradnji betona v preizkušance. Ustrezno vgradnjo brez segregacije in naknadnega izločanja vode ter ustrezno zgoščenost betona smo dosegli s predhod- no opisanim ustreznim projektiranjem sveže betonske meša- nice in posledičnim doseganjem lastnosti betona v svežem stanju. Po izdelavi smo preizkušance pred razkalupljanjem 24 ur negovali v laboratorijskih pogojih pri relativni vlagi RH 60±5 % ter temperaturi okolice 20±2°C. Po razkalupljanju smo preizkušance do preiskave (tj. 28 dni oziroma 90 dni) negovali skladno s standardom SIST EN 12390-2:2019 [SIST, 2019e]. 2.3 Uporabljene metode 2.3.1 Določitev osnovnih lastnosti armaturnih palic Osnovne lastnosti uporabljenih armaturnih palic, prikazane v preglednici 3, so bile določene s standardnim nateznim preskusom po SIST EN 6892-1:2020 [SIST, 2020]. Za izvedbo preskusa smo uporabili univerzalni preskuševalni stroj Zwick Z400 s posebnimi čeljustmi, ki omogočajo ustrezen oprijem armaturnih palic v smislu popolne preprečitve morebitnega zdrsa armaturne palice na mestu vpenjanja med izvajanjem preiskave. Vzorec armaturne palice smo obremenjevali do porušitve skladno z metodo A224 standarda SIST EN 6892- 1:2020 [SIST, 2020], ki določa obremenjevanje s kontroliranim pomikom oziroma kontrolirano deformacijo vzorca. Izvajanje nateznega preskusa armaturne palice skladno s standardom SIST EN 6892-1:2020 [SIST, 2020] prikazuje slika 2. Za merjenje deformacij med izvajanjem preskusa smo uporabili napredne optične senzorje proizvajalca Zwick, model laserXtens Array HP z resolucijo 0,11 µm. Rezultati nateznega preskusa kaže- jo, da uporabljene armaturne palice ustrezajo armaturnemu jeklu kvalitete B500B. 2.3.2 Določitev deleža reber na armaturnih palicah Količino oziroma delež reber glede na obseg palice fR smo določali s posebnim merilnim sistemom RIB3D turškega pro- izvajalca PSARON HTI s pripadajočo programsko opremo, pri Slika 1. Prikaz izdelave preizkušancev za izvedbo preiskave izvlečne sile Fizvl in fotografija uporabljenih vlaken v mikroarmi- ranih betonskih mešanicah. (a) (b) (c) (d) Gradbeni vestnik letnik 72 januar 2023 16 čemer so bile te meritve opravljene na Zavodu za gradbeništvo ZAG v Ljubljani. Rezultati kažejo, da je količina reber ustrezna glede na zahteve relevantnega standarda. Optični merilni sistem omogoča zajem 3D-slike armaturne palice s premerom do 50 mm z avtomatsko izmero njenih osnovnih lastnosti (nominalni premer, orientacija, razporedi- tev in višina reber, površina reber) ter natančno merjenje ko- rozijskih poškodb po izpostavi v agresivnih okoljih. Z natančni- mi izmerami globin lokalnih korozijskih poškodb, obsegom poškodovane površine, njeno topografijo, zmanjšanjem prese- ka palice in volumnom korodiranega materiala oprema omo- goča zanesljivo analizo korozijskih poškodb in izračun lokalnih in generalnih korozijskih hitrosti. Izvajanje preiskave količine reber na rebrasti armaturni palici prikazuje slika 3. 2.3.3 Določanje izvlečne sile med betonom in vgrajeno armaturo Izvlečni preizkus je bil izveden skladno z dodatkom D-stan- darda SIST EN 10080:2005 [SIST, 2005]. Za izvedo preiskave smo vzorec namestili v ustrezen adapter tako, da smo obre- menitev nanašali na zgornjem, daljšem koncu palice v smeri navzgor (slika 4). Temu primerno smo z ustreznim podpor- nim sistemom popolnoma preprečili morebitni premik be- tonskega vzorca navzgor med izvajanjem preskusa. Pomike oziroma zdrs med armaturno palico in betonom smo merili s posebnim optičnim laserskim sistemom, kar predstavlja po- membno izboljšavo glede na standard SIST EN 10080:2005 [SIST, 2005], ki navaja spremljanje pomikov z mehansko meril- no urico. Medsebojni zdrs med betonom in armaturno palico smo spremljali tako, da smo merili spremembo razdalje med dvema referenčnima točkama (slika 5). Pomična referenčna točka ja bila določena na armaturni palici (leva točka na sliki 5), fiksna referenčna točka pa na posebni kovinski ploščici dimen- zije 50/50 mm, ki je bila fiksno pritrjena na spodnjo stranico betonske kocke (desna točka na sliki 5). S tem so bili doseženi boljša resolucija in posledično natančnejše meritve pomikov armaturne palice med izvedbo preiskave. Slika 2. Izvajanje nateznega preskusa armaturne palice skladno s standardom SIST EN 6892-1:2020 [SIST, 2020]. Slika 4. Prikaz preizkuševalne opreme in izvedbe preizkusa izvlečne sile Fizvl. Slika 3. Določanje deleža reber na armaturnih palicah. Slika 5. Prikaz referenčnih točk za merjenje zdrsa med be- tonskim preizkušancem in armaturno palico med izvedbo preizkusa. doc. dr. Gregor Trtnik, dr. Jakob Šušteršič, prof. dr. Tomaž Hozjan ANALIZA VPLIVA RAZLIČNIH PARAMETROV NA STIK MED REBRASTO ARMATURO IN BETONOM Gradbeni vestnik letnik 72 januar 2023 17 doc. dr. Gregor Trtnik, dr. Jakob Šušteršič, prof. dr. Tomaž Hozjan ANALIZA VPLIVA RAZLIČNIH PARAMETROV NA STIK MED REBRASTO ARMATURO IN BETONOM 2.3.4 Analiza variance in preskušanje hipotez Poleg osnovnih statistik smo za analizo vpliva posameznih parametrov na velikost Fmax oziroma τmax ter ovrednotenje re- zultatov izvedenih preiskav uporabili naprednejšo statistično tehniko analize variance (AnoVa). Detajlnejši opis teoretične- ga ozadja metode AnoVa je dostopen v številnih publikacijah, npr. [Turk, 2011]. Izračunali smo statistiko F in kritično vrednost statistike F (oznaka Fcrit) ter postavili naslednjo ničelno (H0) in alternativno (H1) hipotezo: H0 - Vpliv analiziranega parametra (tj. starost betona, premer armaturne palice, vsebnost vlaken v betonu ter predhodni bentonitni premaz) na vrednost Fmax (oziroma τmax) je statistič- no značilen. H1 - Vpliv analiziranega parametra (tj. starost betona, premer armaturne palice, vsebnost vlaken v betonu ter predhodni bentonitni premaz) na vrednost Fmax (oziroma τmax) ni statistič- no značilen. V primeru F ≥ Fcrit ničelno hipotezo sprejmemo in trdimo, da je vpliv analiziranega parametra na vrednost Fmax (oziroma τmax) statistično značilen, v primeru F < Fcrit pa ničelno hipotezo zavrnemo in ugotovimo, da vpliv parametra na vrednost Fmax (oziroma τmax) ni statistično značilen. Za stopnjo zaupanja smo izbrali faktor α=0,05, ki se običajno uporablja pri podobnih študijah. 3 REZULTATI PREISKAV 3.1 Splošen potek diagrama d – Fizvl in d - τ Slika 6 prikazuje splošen potek diagrama naraščanja izvlečne sile Fizvl oziroma sprijemne napetosti τ v odvisnosti od pomika oziroma zdrsa med vgrajeno armaturno palico in okoliškim betonom d. Največja izvlečna sila Fmax in največja sprijemna napetost τmax predstavljata najvišjo točko na diagramih, prika- zanih na sliki 6. S slike 6 vidimo, da diagrama d - Fmax oziroma d - τmax lahko razdelimo na štiri karakteristične faze. Prva faza predstavlja naraščanje izvlečne sile Fizvl (oziroma sprijemne napetosti τ), pri čemer je stik med betonom in armaturno palico še v celoti zagotovljen (tj., znaša vrednost medseboj- nega zdrsa d = 0). Sledi druga faza, v kateri pomik d narašča linearno z izvlečno silo Fizvl do dosežene največje izvlečne sile Fmax oziroma sprijemne napetosti τmax. Za tretjo fazo je značilen praktično linearen padec vrednosti Fizvl (oziroma vrednosti τ) z nadaljnjim naraščanjem vrednosti d, v zadnji (4.) fazi pa se vrednost d izrazito povečuje ob manjši intenzivnosti padanja vrednosti Fizvl (oziroma vrednosti τ). Ocenjujemo, da je v fazi 1 stik med vgrajeno armaturo in okoliškim betonom v glavnem posledica adhezije, v fazah 2 in 3 trenja med armaturno palico in okoliškim betonom ter zaklinjanjem reber palice v okoliški beton, v fazi 4 pa po večini le še z zaklinjanjem reber palice v okoliški beton. 3.2 Vpliv premera armature na vrednosti Fmax in τmax Slika 7 prikazuje vpliv premera armature na vrednosti Fmax (slika 7a) in τmax (slika 7b). Prikazane so povprečne vrednosti štirih (v primeru brez predhodnega premaza) oziroma petih (v primeru s predhodnim premazom) rezultatov ter standar- dni odkloni rezultatov od povprečnih vrednosti. Pričakovano je povečanje premera armaturne palice rezultiralo v občutno večji izvlečni sili Fmax tako v primeru, ko palice niso bile pred- hodno premazane z bentonitnim premazom, kot tudi v pri- meru prehodnega premaza palic z bentonitnim premazom. V primeru brez predhodnega premaza se je s povečanjem premera armaturnih palic z 12 mm na 22 mm izvlečna sila Fmax povečala povprečno za 273 %, v primeru predhodnega bentonitnega premaza pa v povprečju za 268 %. Nasprot- no je v primeru sprijemne napetosti τmax povečanje le-te s povečanjem premera praktično zanemarljivo in znaša brez predhodnega premaza armaturnih palic v povprečju 11 %, s predhodnim premazom armaturnih palic pa v povprečju 9 %. Opazno je, da je pri obeh premerih armaturnih palic predhod- ni bentonitni premaz rezultiral v nekoliko nižjih vrednostih Fmax in τmax. Pri palicah premera 12 mm sta v primeru predhod- nega bentonitnega premaza izvlečna sila Fmax in sprijemna napetost τmax v povprečju nižji za 21 %, pri palicah premera 22 mm pa za 22 %. Slika 6. Splošen potek diagrama spreminjanja: a) izvlečne sile Fizvl oziroma b) sprijemne napetosti τ v odvisnosti od pomika oziroma zdrsa med vgrajeno armaturno palico in okoliškim betonom d. (a) (b) Gradbeni vestnik letnik 72 januar 2023 18 3.3 Vpliv starosti betona na vrednosti Fmax in τmax Slika 8 prikazuje vpliv starosti in s tem tlačne trdnosti betona na vrednosti Fmax (slika 8a) in τmax (slika 8b). Premer armaturnih palic je v tem primeru znašal 12 mm. Prikazane so povprečne vrednosti štirih (v primeru brez predhodnega premaza) oziro- ma petih (v primeru s predhodnim premazom) rezultatov ter standardni odkloni rezultatov od povprečnih vrednosti. Iz preglednice 2 je razvidno, da je povprečna vrednost tlačne trdnosti betona pri starosti 28 dni znašala 68,4 MPa, pri starosti 90 dni pa 79,3 MPa. Slika 8 kaže, da so se s povečanjem starosti betona iz 28 na 90 dni povečale vrednosti Fmax in τmax tako v primeru predhodnega premaza kot v primeru brez predhod- nega premaza. V primeru predhodnega premaza je povečanje vrednosti Fmax oziroma τmax s povečanjem starosti betona v pov- prečju znašalo 28 %, v primeru brez predhodnega premaza pa 57 %. Pri obeh starostih betona je predhodni bentonitni pre- maz armaturnih palic rezultiral v nekoliko nižjih vrednostih Fmax in τmax. Pri starosti betona 28 dni sta v primeru predhodnega bentonitnega premaza izvlečna sila Fmax in sprijemna napetost τmax v povprečju nižji za 27 %, pri starosti betona 90 dni pa za 56 %. 3.4 Vpliv vsebnosti vlaken v betonu na vrednosti Fmax in τmax Slika 9 prikazuje vpliv količine jeklenih vlaken v betonu na vred- nosti Fmax (slika 9a) in τmax (slika 9b). Premer armaturnih palic je v tem primeru znašal 22 mm. Prikazane so povprečne vrednosti štirih (v primeru brez predhodnega premaza) oziroma petih (v primeru s predhodnim premazom) rezultatov ter standardni odkloni rezultatov od povprečnih vrednosti. Razvidno je, da je s povečanjem količine vlaken v splošnem opaziti malenkostno zmanjšanje izvlečne sile Fmax in sprijemne napetosti τmax. Z do- datkom 40 kg/m3 vlaken sta se izvlečna sila Fmax in sprijemna napetost τmax v primeru predhodnega premaza armaturnih pa- lic sicer povečali za približno 4 % glede na preskušance brez vlaken, v primeru brez predhodnega premaza pa je opazno zmanjšanje vrednosti Fmax in τmax za približno 6 %. Z nadaljnjim povečanjem vlaken s 40 kg/m3 na 80 kg/m3 je v primeru predhodnega premaza armaturnih palic prišlo do zmanjšanja vrednosti Fmax in τmax za približno 11 %, v primeru brez predhodnega premaza pa za približno 13 %. V vseh pri- merih je opaziti, da je predhodni premaz armaturnih palic s premazom rezultiral v zmanjšanju vrednosti Fmax in τmax. V pri- meru, ko v betonu ni bilo prisotnih vlaken, je to zmanjšanje znašalo v povprečju 29 %, v primeru mikroarmiranega betona pa za približno 15 %. Slika 7. Vpliv premera armature na vrednosti: a) Fmax in b) τmax. Slika 8. Vpliv starosti betona na vrednosti: a) Fmax in b) τmax. (a) (b) (a) (b) doc. dr. Gregor Trtnik, dr. Jakob Šušteršič, prof. dr. Tomaž Hozjan ANALIZA VPLIVA RAZLIČNIH PARAMETROV NA STIK MED REBRASTO ARMATURO IN BETONOM Gradbeni vestnik letnik 72 januar 2023 19 doc. dr. Gregor Trtnik, dr. Jakob Šušteršič, prof. dr. Tomaž Hozjan ANALIZA VPLIVA RAZLIČNIH PARAMETROV NA STIK MED REBRASTO ARMATURO IN BETONOM 3.5 Statistična analiza vpliva posameznih parametrov na vrednosti Fmax oziroma τmax V nadaljevanju prikazujemo rezultate statistične analize vpli- va predhodnega premaza armaturnih palic na vrednosti Fmax oziroma τmax, dobljene z metodo analize variance (Anova). V primeru, ko je vrednost Fcrit večja od vrednosti statistike F, velja, da je vpliv predhodnega premaza na dosežene vrednosti Fmax oziroma τmax statistično značilen. S slike 10 vidimo, da je predhodni premaz armaturnih palic statistično značilno vplival na zmanjšanje vrednosti Fmax oziro- ma τmax le v primeru 90 dni starih vzorcev, v katerih je bila na- meščena armaturna palica premera 12 mm, ter v primeru 28 dni starih vzorcev z armaturno palico premera 22 mm. V osta- lih primerih predhodni premaz armaturnih palic ni povzročil statistično značilnega znižanja vrednosti Fmax oziroma τmax. S slike 11 vidimo, da je tako v primeru brez predhodnega pre- maza armaturnih palic (slika 11a) kot v primeru, ko so bile arma- turne palice predhodno premazane z bentonitnim premazom (slika 11b), povečanje starosti betona iz 28 na 90 dni ter pove- čanje premera armaturnih palic iz 12 mm na 22 mm statistič- no značilno vplivalo na povečanje vrednosti izvlečne sile Fmax. Povečanje starosti betona z 28 na 90 dni je v obeh primerih (torej brez predhodnega premaza in s predhodnim premazom armaturnih palic) statistično značilno vplivalo na povečanje vrednosti sprijemne napetosti τmax, za razliko od vpliva na vred- nost Fmax pa vpliv premera armaturnih palic na vrednosti τmax ni statistično značilen ne glede na predhodni premaz armaturnih palic (slika 12). Dodajanje vlaken v beton v nobenem primeru ni statistično značilno vplivalo ne na vrednosti izvlečne sile Fmax (slika 11) ne na vrednosti sprijemne napetosti τmax (slika 12). Slika 9. Vpliv vsebnosti vlaken v betonu na vrednosti: a) Fmax in b) τmax. Slika 10. Statistična značilnost vpliva premaza na dosežene vrednosti Fmax oziroma τmax. Slika 11. Statistična značilnost vpliva posameznih parame- trov na dosežene vrednosti Fmax: a) brez premaza; b) s pre- mazom. (a) (b) (a) (b) Gradbeni vestnik letnik 72 januar 2023 20 4 DISKUSIJA Iz rezultatov preiskav, prikazanih v predhodnih poglavjih, je razvidno, da se vrednosti sprijemnih napetosti med vgrajeno rebrasto armaturo in okoliškim betonom v povprečju gibljejo v območju med 10–17 MPa, kar je primerljivo z rezultati sprijem- nih napetosti, prikazanimi v literaturi ([Bashir, 2019], [Saje, 2021]). Uporabljen predhodni premaz armaturnih palic je v vseh analiziranih primerih vplival na zmanjšanje izvlečne sile Fmax oziroma sprijemne napetosti τmax, pri čemer je to zmanjšanje v povprečju znašalo med 15–56 %. Kljub navedenemu dejstvu je bilo statistično značilno zmanjšanje vrednosti Fmax oziroma τmax ob predhodnem premazu armaturnih palic ugotovljeno le v primeru 90 dni starih vzorcev z armaturno palico premera 12 mm ter v primeru 28 dni starih vzorcev z armaturno pa- lico premera 22 mm. V ostalih primerih vpliv predhodnega premaza armaturnih palic ni statistično značilno vplival na vrednosti izvlečne sile Fmax oziroma sprijemne napetosti τmax, kar je posledica relativno velikega raztrosa (variance) med po- sameznimi rezultati znotraj posameznega sklopa preiskav. To dejstvo kaže, da bentonitna izplaka v splošnem ne vpliva po- membneje na sprijemnost med v beton vgrajeno armaturo in okoliškim betonom. Medtem ko je povečanje premera armaturnih palic z 12 mm na 22 mm tako v primeru predhodnega bentonitnega prema- za kot v primeru brez predhodnega premaza (pričakovano) vi- soko statistično značilno vplivalo na povečanje izvlečne sile Fmax (slika 10), pa vpliv omenjene spremembe na doseženo sprije- mno napetost τmax ni statistično značilen (slika 11). Te ugotovitve sovpadajo z ugotovitvami, ki jih je predstavil Gangolu s sode- lavci [Gangolu, 2007], medtem ko sta Bashir s sodelavci [Ba- shir, 2019] in Eligehausen ter Tayeh s sodelavci ([Eligehausen, 1988], [Tayeh, 2019]) ugotovila malenkostno zmanjšanje spri- jemne napetosti τmax s povečanjem premera armaturnih palic. Količina vlaken v betonu v nobenem primeru ni imela stati- stično značilnega vpliva na vrednost izvlečne sile Fmax (slika 10) oziroma sprijemne napetosti τmax (slika 11). To kaže na dejstvo, da prisotnost vlaken v betonu ne vpliva na sprijemnost med betonom in armaturo. Rezultat je pričakovan, saj vsebnost vla- ken v betonu ne vpliva bistveno na lastnosti oziroma kvaliteto stičnega območja med armaturno palico in cementnim vezi- vom, ki pri kvaliteti stika med armaturno palico in okoliškim betonom igra ključno vlogo. Nasprotno se seveda s starostjo betona njegove mehanske lastnosti in s tem stično območje med betonom in armaturo ter posledično jakost stika med armaturno palico in cementnim vezivom povečujejo. To se od- raža v statistično značilnem povečanju vrednosti tako izvlečne sile Fmax kot tudi sprijemne napetosti τmax s povečanjem starosti betona z 28 na 90 dni. 5 ZAKLJUČKI V predmetnem prispevku analiziramo vpliv različnih parame- trov betona in vgrajene rebraste armature na velikost izvlečne sile Fmax oziroma sprijemne napetosti τmax med vgrajeno arma- turo in okoliškim betonom. Preiskavo izvleka armaturne pa- lice iz betona smo izvedli skladno z dodatkom D-standarda SIST EN 10080:2005 [SIST, 2005], pri čemer je najpomemb- nejšo modifikacijo glede na standard predstavljala uporaba naprednega optičnega merilca deformacij oziroma pomi- kov med izvedbo preiskave. Na podlagi prikazanih rezultatov lahko podamo predvsem naslednje pomembne zaključke in ugotovitve: – Predhodni bentonitni premaz armaturnih palic je statistič- no značilno vplival na zmanjšanje vrednosti Fmax oziroma τmax le v primeru 90 dni starih vzorcev, v katerih je bila na- meščena armaturna palica premera 12 mm, ter v primeru 28 dni starih vzorcev z armaturno palico premera 22 mm. V ostalih primerih predhodni premaz armaturnih palic ni povzročil statistično značilnega znižanja vrednosti Fmax oziroma τmax. – V primeru brez predhodnega premaza se je s povečanjem premera armaturnih palic z 12 mm na 22 mm izvlečna sila Fmax povečala povprečno za 273 %, sprijemna napetost τmax pa za povprečno 11 %. V primeru predhodnega bentonitne- ga premaza se je s povečanjem premera armaturnih palic z 12 mm na 22 mm izvlečna sila Fmax povečala v povprečju za 268 %, sprijemna napetost τmax pa za povprečno 9 %. Med- tem ko je tako v primeru predhodnega premaza kot v pri- meru brez premaza armaturnih palic povečanje premera Slika 12. Statistična značilnost vpliva posameznih parametrov na dosežene vrednosti τmax: a) brez premaza; b) s premazom. (a) (b) doc. dr. Gregor Trtnik, dr. Jakob Šušteršič, prof. dr. Tomaž Hozjan ANALIZA VPLIVA RAZLIČNIH PARAMETROV NA STIK MED REBRASTO ARMATURO IN BETONOM Gradbeni vestnik letnik 72 januar 2023 21 doc. dr. Gregor Trtnik, dr. Jakob Šušteršič, prof. dr. Tomaž Hozjan ANALIZA VPLIVA RAZLIČNIH PARAMETROV NA STIK MED REBRASTO ARMATURO IN BETONOM armaturnih palic statistično značilno vplivalo na povečanje izvlečne sile Fmax, pa ta sprememba na vrednosti sprijemne napetosti τmax ni imela statistično značilnega vpliva. – V primeru brez predhodnega premaza se je s povečanjem starosti betona z 28 dni na 90 dni izvlečna sila Fmax oziroma sprijemna napetost τmax povečala za 57 %, v primeru pred- hodnega premaza pa za 28 %. V obeh primerih je poveča- nje starosti betona statistično značilno vplivalo na poveča- nje izvlečna sila Fmax oziroma sprijemne napetosti τmax. – Z dodajanjem vlaken v beton je v splošnem sicer prišlo do malenkostnega zmanjšanja izvlečne sile Fmax oziroma spri- jemne napetosti τmax, pri čemer pa ta vpliv tako v primeru brez prehodnega premaza kot v primeru predhodnega premaza ni statistično značilen. 6 LITERATURA Bashir, M. T., Ansar, M., Muhammad, S., Farid F., Abbas, M. I., Pul- l-out Behavior of Conventional Steel Reinforcement in Normal and High Strength Concrete, International Journal of Scientific Engineering and Science, 3 (4), 18-25, 2019. Bilek, V., Bonczkova, S., Hurta, J., Pytlik, D., Mrovec, M., Bond Strength Between Reinforcing Steel and Different Types of Concrete, Procedia Engineering, 190, 243-247, 2017. DIN, DIN 1048-1, Testing concrete; testing of fresh concrete, DIN, 1991. Eligehausen, R., Popov, E. G., Bertera, V. V., Local bond stress-s- lip relationships of deformed bars under generalized excitati- ons, R.No.UCB/EERC-83/23,EERC, Berkeley, 1988. Naaman, A. E., Engineered steel fibers with optim l properties for reinforcement of cement composites, Journal of advanced concrete technology, 1 (4), 241-252, 2003. Gangolu, A. R., Pandurangan, K., Sultana, F., Eligehausen, R., Stu- dies on the pull-out strength of ribbed bars in high-strength concrete, Research Gate, https://www.researchgate.net/pu- blication/288403054_Studies_on_the_pull-out_strength_of_ ribbed_bars_in_high-strength_concrete, 1-6, 2007. Saje, D., Lopatič, J., Obnašanje stika med betonom in armatur- nimi palicami iz bazaltnih vlaken, Gradbeni Vestnik, 70, 186- 196, 2021. SIST, SIST EN 10080:2005, Jeklo za armiranje betona - Varivo armaturno jeklo - Splošno, Slovenski inštitut za standardizaci- jo, Ljubljana, 2005. SIST, SIST EN 12350-10:2010, Preskušanje svežega betona - 8. del: Samozgoščevalni beton - Preskus z L-zabojem, Slovenski inštitut za standardizacijo, Ljubljana, 2010. SIST, SIST 1026:2016 Beton - Specifikacija, lastnosti, proizvo- dnja in skladnost - Pravila za uporabo SIST EN 206, Slovenski inštitut za standardizacijo, Ljubljana, 2016. SIST, SIST EN 12350-1:2019, Preskušanje svežega betona - 1. del: Vzorčenje in naprave za preskušanje, Slovenski inštitut za stan- dardizacijo, Ljubljana, 2019a. SIST, SIST EN 12350-6:2019, Preskušanje svežega betona - 6. del: Gostota, Slovenski inštitut za standardizacijo, Ljubljana, 2019b. SIST, SIST EN 12350-7:2019, Preskušanje svežega betona - 7. del: Vsebnost zraka - Metode s pritiskom, Slovenski inštitut za stan- dardizacijo, Ljubljana, 2019c. SIST, SIST EN 12350-8:2019, Preskušanje svežega betona - 8. del: Samozgoščevalni beton - Preskus razleza s posedom, Slo- venski inštitut za standardizacijo, Ljubljana, 2019d. SIST, SIST EN 12390-2:2019, Preskušanje strjenega betona - 2. del: Izdelava in nega vzorcev za preskus trdnosti, Slovenski in- štitut za standardizacijo, Ljubljana, 2019e. SIST, SIST EN 12390-3:2019, Preskušanje strjenega betona - 3. del: Tlačna trdnost preskušancev, Slovenski inštitut za standar- dizacijo, Ljubljana, 2019f. SIST, SIST EN 12390-8:2019, Preskušanje strjenega betona - 8. del: Globina vpijanja vode pod pritiskom, Slovenski inštitut za standardizacijo, Ljubljana, 2019g. SIST, SIST EN ISO 15630-1:2019, Jeklo za armiranje in prednape- njanje betona - Metode preskušanja - 1. del: Armaturne palice, drogovi in žica, Slovenski inštitut za standardizacijo, Ljubljana, 2019h. SIST, SIST EN 6892-1:2020, Kovinski materiali - Natezni preskus - 1. del: Metoda preskušanja pri sobni temperaturi, Slovenski inštitut za standardizacijo, Ljubljana, 2020. Tayeh, A. B., El Dada, Z. M., Shidada, S., Yusuf, M. O., Pull-out behavior of post installed rebar connections using chemical adhesives and cement based binders, Journal of King Saud University – Engineering Sciences, 31, 332-339, 2019. Turk, G., Verjetnostni račun in statistika, Univerza v Ljubljani, Fa- kulteta za gradbeništvo in geodezijo, Ljubljana, 2011. Yoo, D. Y., Shin, H. O., Bond performance of steel rebar embed- ded in 80–180 MPa ultra-high-strength concrete, Cement and Concrete Composites, 93, 206-217, 2018.