Nośność kotew chemicznych w elementach wapienno‑piaskowych

Analiza wyników badań

Na FOT. 13-20 przedstawiono wyniki badań.

Na podstawie przeprowadzonych doświadczeń stwierdzono, że podczas doświadczeń wystąpiły 2 mechanizmy zniszczenia zakotwienia prętów stalowych:

• mechanizm (1) - zniszczenie połącznia w miejscu styku trzpienia z żywicą (tzw. wysunięcie pręta),
• mechanizm (2) - zniszczenie połączenia w miejscu styku żywicy z podłożem (tzw. wyrwanie pręta).

Katalog techniczny producenta żywicy zastosowanej podczas doświadczeń zawierał wyniki nośności prętów stalowych zakotwionych w elementach wapienno-piaskowych tylko dla przypadku zakotwienia prętów w blokach o wymiarach 240×238×238 mm, które posiadają centralnie rozmieszczony 1 pionowy otwór przelotowy o średnicy 40 mm.

Brak było jakiejkolwiek informacji na temat wpływu otworowania rozumianego jako drążenie pionowe na nośność kotew chemicznych (wklejanych). Dla tego wyrobu wartość średniego obciążenia niszczącego F_{Ru, m} wynosiła 5,11 kN i była najwyższą wartością spośród zamieszczonych w katalogu technicznym.

W przypadku pręta stalowego osadzonego w części pełnościennej bloku wapienno-piaskowego zniszczenie nastąpiło dla F_{Ru, m} = 3,60 kN (TABELA). Dla tego przypadku osadzenia prętów we wszystkich przebadanych próbkach zniszczenie nastąpiło według mechanizmu (2) - poprzez wyrwanie pręta, wokół którego wyklinował się stożek odłamu silikatu.

Pochylenie pobocznicy stożka wynosiło ~40°. Zniszczenie połączenia żywica–podłoże miało charakter sygnalizowany - widoczne było sukcesywne wypiętrzanie się stożka podczas wyrywania.

Czytaj też: Naprawa posadzki betonowej w hali produkcyjnej >>>

Dla przypadku osadzenia pręta stalowego w osi otworu przelotowego pojawił się (1) mechanizm zniszczenia poprzez wysunięcie pręta. Podobnie jak w przypadku mechanizmu (2), również w tym przypadku zniszczenie miało charakter sygnalizowany.

FOT. 13-20. Wyniki badań zakotwienia pręta stalowego w drążonym bloku wapienno-piaskowym: w części pełnościennej (13-14), w środku otworu pionowego (15-16), na krawędzi otworu pionowego (17-20); fot.: archiwum autora

Zniszczenie połącznia trzpień–żywica było jednakowe (równomierne) wzdłuż całej długości wyciągniętego pręta stalowego.

W przypadku zniszczenia poprzez wysunięcie pręta zniszczenie nastąpiło dla F_{Ru, m} = 13,75 kN. Przyczyną tak znaczącego wzrostu nośności było wytworzenie się bryły żywicy wzdłuż pionowego drążenia, które po zastygnięciu stanowiło dodatkowe zakotwienie dla pręta stalowego, uniemożliwiające wyrwanie elementu stalowego z bloku silikatowego.

Dla przypadku osadzenia pręta stalowego na krawędzi otworu przelotowego pojawił się zarówno (2), jak też (1) mechanizm zniszczenia. W przypadku zniszczenia poprzez wysunięcie pręta (1) nastąpiło ono dla F_{Ru, m} = 13,65 kN.

Prawdopodobną przyczyną wzrostu nośności jest wytworzenie się niesymetrycznej bryły żywicy wzdłuż pionowego drążenia, która po zastygnięciu uniemożliwiała wyrwanie się elementu stalowego z bloku silikatowego. W przypadku zniszczenia według mechanizmu (2) poprzez wyrwanie pręta nastąpiło ono dla F_{Ru, m} = 6,65 kN.

Należy zauważyć, że siły wyrywające dla mechanizmu (2) były ~85% większe od wartości sił uzyskanych przy osadzeniu prętów stalowych w części pełnościennej pustaków.

Jednocześnie pochylenie pobocznicy stożka było mniejsze i wynosiło ~55°, co wyraźnie wskazywało na tendencje do zniszczenia według mechanizmu (1) w przypadku kotwienia w strefach przy pionowych otworach drążonych, gdzie część siły wyrywającej przejmuje bryła żywicy tworząca się w pionowym kanale.

Siły wyrywające dla występującego w tej lokalizacji prętów mechanizmu (1) były nieznacznie niższe od sił dla przypadku osiowego zakotwienia pręta stalowego w otworze pionowym. Powyższe wyniki potwierdzają tezę, że poprawnie ukształtowana żywica w pionowym kanale zwiększa nośność zakotwienia ze względu na wytworzenie się dodatkowej bryły kotwiącej działającej jak zawłoka.

Skuteczność montażu kotew chemicznych - wnioski

Metoda promieniowania rentgenowskiego umożliwia oszacowanie poprawności montażu kotew chemicznych (wklejanych) w blokach wapienno-piaskowych. Możliwa jest jednak do stosowania wyłącznie w skali laboratoryjnej, ze względu na brak możliwości wygenerowania wiązki promieniowania rentgenowskiego w kierunku prostopadłym do osadzonych kotew, zamontowanych w elementach konstrukcyjnych w skali naturalnej.

Montaż kotew chemicznych (wklejanych) w kierunku prostopadłym do drążonych pionowo kanałów nie powoduje negatywnego spadku ich nośności. Kotwy zakończone poprawnie uformowaną bryłą żywicy, przyległą do ścian wewnętrznych kanałów pionowych, charakteryzują się zwiększoną nośnością ze względu na fakt, że żywica stanowi dodatkowe zakotwienie oraz działa jak zawłoka przytrzymująca pręt stalowy.

Literatura

1. A.R. Potter i in., "X-ray images of defect formation in porcelain ceramics during drying", "NDT&E", nr 36/2001, s.77–83.
2. M. Kuroda, S. Yamanaka, Y. Isobe, "Detection of plastic deformation and estimation of maximum value of residual stress in low carbon steel by X-ray stress analysis using statistical techniques", "NDT&E", nr 36/2001, s.77–83.
3. L. Kukiełka, "Podstawy badań inżynierskich", PWN, Warszawa 1997.
4. M. Niedostatkiewicz, "Badania deformacji w materiałach sypkich podczas dynamicznego przepływu w silosach", Monografia. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, 145, s. 1-371, Gdańsk 2014.
5. M. Niedostatkiewicz, J. Haras, "Zastosowanie promieniowanie rentgenowskiego w diagnostyce montażu kotew wklejanych", "Materiały Budowlane", 12/2015, s. 39-42.
6. M. Substyk, "Utrzymanie i kontrola okresowa obiektów budowlanych", Wydawnictwo ODDK, Warszawa 2012.
7. G.-R. Tillack, C. Nockemann, C. Bellon, "X-ray modeling for industrial applications", "NDT&E", 33/2000, s. 481-488.
8. E. Badel, P. Perre, "Using a digital X-ray imaging device to measure the swelling coefficients of a group of wood cells", "NDT&E", nr 34/2001, s. 345-353.
9. PN-EN 12504-3:2006, "Badania betonu w konstrukcjach. Część 3: Oznaczanie siły wyrywającej".
10. PN-EN 771-2:2011, "Wymagania dotyczące elementów murowych. Część 2: Elementy murowe silikatowe".
11. N. Rahmanian, M. Ghadiri, X. Jia, F. Stepanek, "Characterisation of granule structure and strength made in a high shear granulator", "Powder Technology", nr 192/2009, s. 184-194.
12. R. Caulkin i in., "Simulations of structures in packed columns and validation by X-ray tomography", "Ind. Eng. Chem. Res.", nr 48/2009, s. 202-213.
13. Katalog techniczny Koelner. Edycja 10

[kotwy chemiczne, nośność kotew chemicznych, diagnostyka kotew chemicznych, kotwy wklejane, prace badawcze, kotwienie, silikaty, bloczki wapienno-piaskowe, systemy mocowań, test pull-out, elementy wapienno-piaskowe, systemy mocujące, systemy zamocowań]