Beton, 2014 (22. évfolyam, 1-12. szám)
2014-01-02 / 1-2. szám
ANYAGVIZSGÁLAT, SZABÁLYOZÁS Betonszerkezetek roncsolásmentes vizsgálatáról: illúzió a hazai szabályozásban DR. BOROSNYÓI ADORJÁN ■ DR. SZILÁGYI KATALIN BME Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék Bevezető gondolatok a keménységmérésről A betonszerkezetek roncsolásmentes vizsgálatának, és az erre alapozott szilárdságbecslésnek az igénye csaknem egyidős a vasbetonépítéssel magával. A mérnökök korán felismerték, hogy a sablonban készített próbatestek szilárdságvizsgálata még a próbatesttel azonos korú szerkezeti betonra vonatkozóan sem szükségképpen szolgáltat használható eredményt, az eltérő szerkezeti méretek, tömörítés és utókezelés következtében. Az egyik legkorábbi, roncsolásmentes betonvizsgálatokat leíró szakcikk 1938-ból származik: az orosz (szovjet) Szkramtajev professzor írása a Journal of the American Concrete Institute folyóiratban [1], amely már felhívja a figyelmet ezekre a jelenségekre. A roncsolásmentes vizsgálattal megvalósított szilárdságbecslés illúziója hosszú ideje azért kecsegteti az építőmérnököket is, mert egy gazdaságilag és műszakilag előnyös, azaz olcsó és egyszerű eljárás használhatóságát feltételezi a tényleges vizsgálat, a szerkezetből kimunkált beton próbatestek költséges és időigényes laboratóriumi szilárdságvizsgálata helyett. Sok esetben maguknak a próbatesteknek a kimunkálása is nehézségekbe ütközik. A műszaki tudományok területén számtalan példát találunk az építőmérnöki szakterületen kívül is arra, hogy valamely, (akár roncsolásmentes eljárással) egyszerűen mérhető fizikai jellemző meghatározásából következtetünk egy (anyag)jellemző becsült értékére, amelynek tényleges megmérése számottevően nagyobb műszaki apparátus megmozgatását igényelné. A „mérnöki érzék” is jó hivatkozási alap lehet a tényszerű adatok ismeretének hiányában bizonyos jellegzetes megfigyelésekre alapozott extrapolációkból levont következtetések elfogadására, a valós megismerés helyett. Nem véletlen, hogy sok vizsgáló eszköz esetén (és ez különösen igaz a roncsolásmentes eljárásokra) „nagy gyakorlat” szükséges ahhoz, hogy a „megbízható” eredményt a szakértő meg tudja adni. Ám a szakértő sok esetben illúzió áldozata: a saját tévedhetetlenségének feltételezése és az adott műszerbe, vizsgálati eljárásba fektetett túlzott bizalma és megszokása csalogatja csapdába. A szakértő „mérnöki érzéke” érzékelni véli a roncsolásmentes jellemző és a tényleges anyagjellemző valamiféle kapcsolatát, ezért látni akar egy olyan összefüggést, amely a mért roncsolásmentes jellemző és a tényleges anyagjellemző között végül (elsősorban a matematikai statisztika eszközeivel) megszületik. A felületi keménységmérés módszere különösen alkalmas terület az illúzió számára. Maga a keménység szó oly régi, és oly mélyen gyökerezik az emberi elmében és szókincsben, hogy egy nem műszaki ember számára jelentéstartalma teljes mértékben megegyezik a szilárdság műszaki fogalmával. Keménység (hardness), szilárdság (strength), szívósság (toughness), merevség (stiffness), ridegség (rigidity) a köznapi ember (nem szakember) számára rokon értelmű fogalmak. A legkorábbi írásos emlékekben például ezeket a fogalmakat esetenként ugyanaz a szó írta le, és a tényleges jelentéstartalmat csak a szöveg kontextusából lehetett megállapítani. Két példát mutatunk erre, az egyik az óegyiptomi áhát szó (hieroglif alakja: ffo) a merev és a kemény szinonim jelentésével, illetve a sumér nam-kalag-ga szó rovásírásos alakja: a keménység és szilárdság összevont jelentésével. Műszaki, összehasonlító értelemben a keménység szó az Ószövetségben, Ezékiel könyvében jelent meg első alkalommal: „Olyanná, mint a gyémánt, a mely keményebb a tűzkőnél, tettem a te homlokodat...” (Ezékiel, 3:9). Mindez a rövid, a messzi múltba tett kitekintés csak arra szeretne rávilágítani, hogy a keménység fogalma és értelmezése szinte axiomatikus a nyelvekben, és ennek köszönhetően csaknem ösztön szintű érzékelése az embernek, hogy a keménység mérésével az anyag szilárdságára vonatkozóan kap információt - aki keménységet mér, az szilárdságot mér. A valóság ennél valamelyest összetettebb. A keménység fogalmának ugyanis még egzakt definíciója sincsen. Egy keményebb anyaggal megkarcolhatunk egy kevésbé keményet - karcolási keménység? Egy keményebb anyaggal lenyomatot tudunk létrehozni egy kevésbé kemény anyag felületén - benyomódási keménység? Egy keményebb felületről a ráejtett rugalmas test magasabbra pattan vissza, mint egy kevésbé kemény felületről - visszapattanási keménység? Heinrich Hertz 1881-ben ugyan javasolt egy meghatározást a keménységre [2]: az a legkisebb erő, amellyel egy gömb alakú, merev alaktest alatt éppen maradó lenyomat alakul ki a sík vizsgálati felületen; ez a definíció azonban gyakorlati mérésre alkalmatlan. Képlékeny anyagok esetén ugyanis nagyon kis terhelő erőnél kialakul ez az állapot, rideg anyagok pedig nem vizsgálhatók megfelelően ezzel az elvvel. A gyakorlatban inkább a különböző keménységvizsgálati módszerekhez rendelik hozzá a keménység fogalmát, pl. a terhelő erő és a maradó lenyomatfelület hányadosa (Brinell-keménység), a terhelő erő és a maradó lenyomat vetületi területének hányadosa (Meyer-keménység), eltérő terhelő erők hatására kialakuló benyomódások különbsége (Rockwellkeménység), rugalmasan ütköző test oda/vissza útjainak hányadosa (visszapattanási érték), rugalmasan ütköző test becsapódási és visszapattanási sebességének hányadosa (Leeb-keménység) stb. A betonszerkezetek felületi keménységének vizsgálatára napjainkban szinte kizárólag a Schmidt-kalapácsokat alkalmazzuk. A Schmidt-kalapáccsal végzett vizsgálat elve, hogy a készülékben lévő munkarugó egy ütőtömeget mozgásba lendít, amely a felületre merőlegesen tartott, íves kontaktfelületű ütőszondán keresztül, adott energiával megüti a vizsgált felületet, és az ütés után az ütőtömeg visszapattanásának mértékét a készülék rögzíti. Az ütési energia állandó és független a vizsgálatot végző személytől. A visszapattanási érték (R) dimenzió nélküli mérőszám, amely a mozgó tömeg ütés közben megtett útjának (x 0) és a visszapattanást követően megtett útjának (xr) arányát mutatja, tehát arányos az ütőtömeg ütést megelőző (Eo) és a visszapattanást eredményező (Er) helyzeti energiájának arányával is százalékban kifejezve [3]. BETON * XXII. évf. 1-2. szám • 2014. január-február