Прочность бетона: виды и способы измерения

Определение марочной (проектной) прочности бетона в соответствии с ГОСТом 10180-2012 заключается в измерении минимальных усилий, при которых происходит разрушение контрольных образцов в возрасте 28 суток при статическом нагружении с постоянной скоростью возрастания нагрузки. Для этой цели применяют следующие образцы:

• кубы с ребрами длиной 70 мм;
• призмы размером 70х70х280 мм;
• цилиндры с диаметром основания 70 мм.

Образцы разрушаются под прессом. Пределом кубиковой прочности, используемой при определении класса бетона, является давление, при котором начинается разрушение образца-куба. Призменная прочность равна 75% от кубиковой для бетона класса В25 и более, 80% – для класса ниже В25.

Что такое прочность бетона?

Прочность бетона — это важнейшая характеристика, определяющая степень его стойкости к внешним воздействиям (механическим, физическим, химическим) в период эксплуатации. Она обязательно учитывается при проведении расчетов и проектировании любой бетонной конструкции. Показатель прочности определяется двумя основными характеристиками:

1. Класс бетона (обозначается буквой В) — сжимающее давление, которое выдерживает материал без существенных изменений (деформаций). Измеряется в МПа согласно СНиП 52-01-2003.
2. Марка бетона (обозначается — М) — предел прочности на сжатие, измеряемый в кг/см 2 . Устанавливается согласно ГОСТу 26633-2015.

Прочность бетона определяется по результатам лабораторных испытаний. Она зависит от следующих факторов:

1. Марка цемента. Чем она выше, тем прочнее получится бетон при одинаковом соотношении ингредиентов.
2. Состав смеси. Существенное влияние оказывает соотношение основных ингредиентов бетона, а также количество добавок (пластификаторы, присадки и т. п.). Важную функцию выполняют добавки для повышения водонепроницаемости и морозостойкости.
3. Качество ингредиентов, в т. ч. чистота воды, тип наполнителя, его зернистость и фракционность и т. д.
4. Правильность приготовления раствора — равномерность перемешивания, соблюдение рецептуры. Играет роль способ замеса — ручной или машинный. В бетономешалке качество смешения заметно выше.
5. Условия заливки — консистенция раствора, уплотнение, температура окружающей среды, влажность.
6. Условия застывания. Бетон набирает прочность постепенно, достигая максимального значения через 28 суток. Этот показатель зависит от температурного режима и влажности в период полного застывания раствора. Чрезмерно быстрое отвердение может привести к растрескиванию материала.

Контроль важнейших параметров материала должен производиться на стадии приготовления раствора и после набора максимальной прочности. Помимо прочности на сжатие, определяются прочность на осевое растяжение (Вt), водонепроницаемость (W), морозостойкость (F) и плотность (D).

Определяющие факторы

На удобоукладываемость можно влиять различными способами. Также воздействие оказывается со стороны окружающих условий. Рассмотрим каждый воздействующий фактор на подвижность бетона. Вот что это такое:

• Содержаниецемента.

Вяжущий компонент при смешивании с водой образует относительно слабые связи до отвердевания и легко растекается. Твердые заполнители создают дополнительное сопротивление, что меняет подвижность в меньшую сторону.

• Объемводы.

От этого ингредиента зависит консистенция рабочей смеси. Если сохранить пропорции остальных компонентов, но добавить больше воды, то текучесть раствора будет увеличиваться. Правда такой подход негативно сказывается на конечной прочности монолита.

• Объемные доли песка и гравия с цементным водным раствором.

Существует способ изменения состава, при котором итоговая прочность монолита остается неизменной. Здесь можно увеличивать содержание минералов и уменьшать долю вяжущего теста или наоборот. При этом важно сохранять пропорции воды с цементом. Подвижность бетонной смеси при таком подходе будет меняться по аналогии с базовой основой: увеличивается с повышением нормы водно-цементной смеси.

• Природа вяжущего компонента.

Цемент является продуктом обжига минеральной смеси, состав которой может быть различным. Таким образом можно выделить материалы с разной адгезией, скоростью отвердевания и свойствами в целом. Так, например, бетон с пуццолановой или кремнеземистой основой отличается меньшей подвижностью, чем раствор на базе обычного портландцемента.

• Фракция и природа заполнителя.

С целью повышения подвижности раствора можно добавить песок или гравий большего размера. Аналогичный результат получается при использовании щебня с округлыми и более гладкими гранями. С ними цемент дольше и хуже сцепляется. Ниже текучесть будет при условии наличия в составе пыли и глины. Здесь будет происходить ускорение процесса затвердевания раствора. Но это локальные связки и низкого качества. Поэтому будут ухудшаться технические показатели монолита в целом.

На уменьшение осадки конуса бетона может повлиять еще 2 момента, которые связаны с нарушениями технических требований. Это превышение количества твердых компонентов и работа при низкой температуре и излишне высокой влажности. Исключениями могут быть только специализированные составы с модифицирующими добавками.

Дополнительные компоненты

К таковым относятся любые добавки кроме базовых цемента, чистой воды, промытого и просеянного песка, гравия или щебня. У дедов было принято использовать сажу, опилки, металлическую стружку, хозяйственное мыло. Предприимчивые мастера сегодня из подручных материалов используют битый кирпич, асфальт или бетон, жидкое мыло, средство для мытья посуды или стиральный порошок. Производители на этот случай предлагают специальные присадки.

Условно все химические добавки можно разделить на 2 группы. Первые допустимо вводить в бетонную смесь объемом менее 2 % от общей порции раствора. Как правило, это жидкости с различной концентрацией активных веществ. Вторые тонкомолотые компоненты составляют 5-20 % от общего объема. Здесь присутствуют средства для армирования, заменители цемента (только частично) с целью снижения их расхода. Все заводские образцы объединяет одно – улучшение конкретных параметров или общего состояния монолита без снижения его качества.

На подвижность бетона в большей степени влияние оказывают различного рода пластификаторы. Их применение позволяет снизить дозировку воды и цемента сохраняя характеристики бетона. Добавление суперпластификаторов (СП) дополнительно оказывает комплексное улучшающее воздействие на качество монолита.

Как определить прочность бетона?

В производстве материалов и строительстве применяются методы для испытания бетона на прочность:

• разрушающие;
• неразрушающие прямые;
• неразрушающие косвенные.

Они позволяют с той или иной точностью проводить контроль и оценку фактической прочности бетона в лабораториях, на площадках или в уже построенных сооружениях.

Разрушающие методы

Из готовой смонтированной конструкции выпиливают или выбуривают образцы, которые затем разрушают на прессе. После каждого испытания фиксируют значения максимальных сжимающих усилий, выполняют статистическую обработку.

Этот метод, хотя и дает объективные сведения, часто не приемлем из-за дороговизны, трудоемкости и причинения локальных дефектов.

На производстве исследования проводят на сериях образцов, заготовленных с соблюдением требований ГОСТ 10180-2012 из рабочей бетонной смеси. Кубики или цилиндры выдерживают в условиях, максимально приближенным к заводским, затем испытывают на прессе.

Неразрушающие прямые

Неразрушающие методы контроля прочности бетона предполагают испытания материала без повреждений конструкции. Механическое взаимодействие прибора с поверхностью производится:

• при отрыве;
• отрыве со скалыванием;
• скалывании ребра.

При испытаниях методом отрыва на поверхность монолита приклеивают эпоксидным составом стальной диск. Затем специальным устройством (ПОС-50МГ4, ГПНВ-5, ПИВ и другими) отрывают его вместе с фрагментом конструкции. Полученная величина усилия переводится с помощью формул в искомый показатель.

При отрыве со скалыванием прибор крепится не к диску, а в полость бетона. В пробуренные шпуры вкладывают лепестковые анкеры, затем извлекают часть материала, фиксируют разрушающее усилие. Для определения марочной характеристики применяют переводные коэффициенты.

Внимание! Способ не применяют при толщине защитного слоя менее 20 мм.

Неразрушающие косвенные методы

Уточнение марки материала неразрушающими косвенными методами проводится без внедрения приборов в тело конструкции, установки анкеров или других трудоемких операций. Применяют:

• исследование ультразвуком;
• метод ударного импульса;
• метод упругого отскока;
• пластической деформации.

При ультразвуковом методе определения прочности бетона сравнивают скорость распространения продольных волн в готовой конструкции и эталонном образце. Прибор УГВ-1 устанавливают на ровную поверхность без повреждений. Прозванивают участки согласно программе испытаний.

Данные обрабатывают, исключая выпадающие значения. Современные приборы оснащены электронными базами, проводящими первичные расчеты. Погрешность при акустических исследованиях при соблюдении требований ГОСТ 17624-2012 не превышает 5%.

При определении прочности методом ударного импульса используют энергию удара металлического бойка сферической формы о поверхность бетона. Пьезоэлектрическое или магнитострикционное устройство преобразует ее в электрический импульс, амплитуда и время которого функционально связаны с прочностью бетона.

Прибор компактен, прост в применении, выдает результаты в удобном виде — единицах измерения нужной характеристики.

При определении марки бетона методом обратного отскока прибор — склерометр — фиксирует величину обратного движения бойка после удара о поверхность конструкции или прижатой к ней металлической пластины. Таким образом устанавливается твердость материала, связанная с прочностью функциональной зависимостью.

Метод пластических деформаций предполагает измерение на бетоне размеров следа после удара металлическим шариком и сравнение его с эталонным отпечатком. Способ разработан давно. Наиболее часто на практике используется молоток Кашкарова, в корпус которого вставляют сменный стальной стержень с известными характеристиками.

По поверхности конструкции наносят серию ударов. Прочность материала определяется из соотношения полученных диаметров отпечатков на стержне и бетоне.

★ Базовый Cоднажды

Изучение знаний начинается с концепций, которые представляют собой наименьшие единицы знания. Понимание чего-либо, предмета, требует понимания многих основных понятий. Следовательно, чтобы узнать о механических свойствах материалов, нам необходимо сначала понять соответствующую основную концепцию и то, что она выражает. С этой отправной точкой дальнейшее будет намного проще.

От чего зависит и на что влияет прочность бетона

Смесь состоит из цемента, щебня, песка, гравия с добавлением воды. Ее прочностные характеристики обеспечиваются процентным содержанием компонентов, содержащихся в 1м3 раствора, их качеством.

Дополнительные причины, влияющие на этот показатель:

• пластификаторы и присадки, придающие конструкции особые свойства;
• условия доставки и ее длительность. Транспортировка бетона осуществляется в миксере, время на перевозку не может превышать допустимые значения. Нарушение этого требования ведет к расслоению, схватыванию смеси, она теряет подвижность;
• порядок укладки в конструкцию и правильная обработка поверхности стыка;
• условия заливки. В процессе уплотнения бетонной массы трамбовками и вибраторами происходит удаление воздушных пузырьков, что повышает ее прочность;
• климат: чрезмерное охлаждение или быстрое высыхание основания приводит к нарушению ее качеств;
• уход во время затвердения. Он включает в себя подогрев зимой и укрытие полиэтиленовой пленкой в жаркое лето.

Важно! Бетонная смесь достигает 70% прочности при высокой влажности и температуре 15−25° за 10−15 суток, а расчетного показателя − через 28 дней, и он продолжает медленно нарастать несколько лет.

Методики определения давности изготовления бетона в настоящее время не существует. Исследования карбонизации бетона от времени являются опытными, у них нет практического значения.

Показатель прочности необходим при проектировании конструкций и во время строительных работ. Ошибка в расчетах приводит к трещинам в здании и его разрушению.

Обратите внимание! Армирование проволокой, имеющей разное сечение, помогает строению выдерживать повышенную нагрузку.

Использование добавок для минимизации высолообразования на кирпичной кладке

Итак, модифицирующие добавки повышают качество раствора, его удобоукладываемость, прочность, морозостойкость и т.д. Кроме это использование пластификаторов для кладочных растворов позволяют уменьшить вероятность образования высолов на лицевых кирпичных стенах.

Высолы появляются из-за того, что через кладочный раствор начинает мигрировать влага, вынося с собой на лицевую сторону кирпича соли и другие легкорастворимые соединения. Т.к. добавка блокирует капилляры (снижается проницаемость раствора), то через них влага уже не может так легко вынести растворимые соединения. Помимо этого, сокращается количество воды для приготовления раствора, а это также уменьшает вероятность высолообразования.

Большая часть каменщиков обычно, всегда, при кладочных работах, использует средства для модифицирования раствора. Часто для этих целей применяются бытовых моющие средства — жидкое мыло, порошок и т.д. Мотивируется это тем, что и профессиональные добавки и «народные» средства содержат ПАВ (поверхностно-активные вещества), влияющие на вовлечение воздуха в смесь.

Важно: бытовые моющие средства, модифицирующие смесь, обеспечивают только похожий визуальный эффект, как и при применении специальных пластификаторов. Но в добавках для кладочных растворов есть разные ПАВ, которые, например, вовлекают в смесь воздух для крупных воздушных пор. Другие поверхностно-активные вещества не просто вовлекают воздух, а разбивают его на микропоры. Получается система замкнутых микропор, что обеспечивает повышение морозостойкости смеси и т.д.

В стоимости всего каменного фасада, цена на профессиональные добавки невелика, поэтому нет смысла рисковать дорогим лицевым кирпичом и использовать для кладки бытовые моющие вещества. Т.к. это может привести к непредсказуемым конечным результатам в долгосрочной перспективе.