Прочность бетона: как определить


При сооружении бетонных конструкций следует понимать, от чего зависит прочность бетона. Существуют разные способы оценки прочностных параметров материала – от лабораторных испытаний до неразрушающих методов контроля непосредственно на месте строительства. На основании этих исследований определяются класс и марка бетона, которые имеют решающее значение при его использовании в тех или иных строительных работах. Если знать, что влияет на прочностные характеристики, можно правильно приготовить бетонную смесь и построить объект, который будет исправно служить многие десятилетия.

Деление бетонов по прочности

Прежде чем выяснить, от каких факторов зависит прочность бетона, рассмотрим классификацию материала по этому показателю. Все растворы делятся на классы и марки, которые могут приблизительно соответствовать друг другу. Класс обозначается литерой В и указывает на кубиковую прочность в МПа. Марка под буквой М позволяет определить прочностные пределы на сжатие в кгс/см². Соотношение наиболее распространенных марок и классов можно увидеть ниже.

КлассМарка
В5М75
В10М100
В15М200
В20М250
В22,5М300
В25М350
В30М400

Разделение бетонов по прочности

Классификация марок бетона по прочности использовалась в Советском Союзе. Сейчас они делятся на классы. Марка обозначалось буквой “М” и числом, которое обозначало среднее давление, которое может выдержать бетон. Оно измерялось в кг на кв. см.

Класс бетона обозначается буквой “В” и числом, соответствующим максимальной прочности бетона, измеряемой в Мпа.

Класс бетона является более точным показателем чем марка. Посмотреть приблизительное соответствие класса бетона его марке можно в этой таблице:

Способы определения прочности

Чтобы понять, как зависит прочность бетона от времени, действующих нагрузок и других факторов, используют лабораторные испытания. Для этого изготавливают опытный образец в виде куба со стороной 150 см и подвергают его разным методам разрушающего воздействия. В частности:

  • вдавливание посредством шарикового молотка и штамповки;
  • отрыв и скалывание путем выдергивания из куба заранее установленного металлического прута;
  • упругий отскок при помощи молотка Шмидта.

В последние годы для контроля активно применяется ультразвуковой тест. Его суть состоит в измерении времени, которое требуется для расширения акустических волн. Впоследствии полученные данные сравнивают с упругостью и плотностью материала.

Зачем нужно знать прочность бетона

бетон прочность фото

Знать прочность бетона необходимо, так как он от этого зависит долговечность конечной конструкции. При этом, на разных этапах строения могут использовать различные виды смеси. Выбор марки напрямую зависит от тяжести будущего здания. Точный расчет надежнее доверить специалистам при проектировании и подготовке технической документации. Ведь излишняя твердость может необоснованно увеличить расходы на строительство, а недостаточная плотность может привести к нежелательным последствиям.

В зависимости от вида работ, конечной постройки определяется класс смеси. В настоящее время существует характеристика по двум показателями: марка и класс. В таблице приведено соотношения показателей.

Марка, МКласс, BСредняя прочность, кг/см2
М50B3.545.8
М75B565.5
М100B7,598.1
B10130.9
М150В12,5163.7
М200В15196.4
М250В20261.8
М300В22,5294.6
В25327.3
М350В27,5360
М400В30392.8
М450В35458.2
М500В40523.7
М600В45589.2
М700В50654.6
М750В55720.1
М800В60785.5
М900В65 / B70
М1000В75 / B80

Активность цемента

Одним из основополагающих факторов является активность цемента, под которой понимают предельную прочность на сжатие цементного образца возрастом 28 дней. Параметр может колебаться в зависимости от факторов следующего типа:

  • химический состав (более активным является цемент, содержащий негашеную известь);
  • свежесть (при применении цемента, который 3 месяца хранился во влажных условиях, прочность готового суточного образца снижается более чем на 60%);
  • наличие примесей;
  • тонкость помола (чем тоньше фракция, тем быстрее нарастают прочностные характеристики).

Определение прочности тяжелого бетона на сжатие

Предел прочности бетона на сжатие обычно определяют на образцах кубической формы с размерами грани 70, 100, 150, 200, З00 мм; а также на образцах цилиндрической формы диаметром 70, 100, 150, 200 мм и высотой или . Размеры образцов выбирают в зависимости от максимального размера зерен заполнителя. Максимальный размер зерен заполнителя должен быть не более 1/4 размера грани куба или диаметра цилиндра. Образцы испытывают сериями по три образца.

Перед формованием внутреннюю поверхность металлических форм смазывают тонким слоем машинного масла. Уплотнение бетонной смеси при изготовлении образцов осуществляют способом, принятым в технологии производства изделий. При невозможности выполнения этого условия, образцы формуют следующим образом. Укладку бетонной смеси и ее уплотнение производят штыкованием с помощью металлического стержня диаметром 16 мм. Количество штыкований определяется из расчета 10 штыкований на каждые 100 см2 площади образца.

При уплотнении бетонной смеси с подвижностью менее 10 см или жесткостью до 11с форму закрепляют на лабораторном вибростоле с помощью металлических зажимов. Форму заполняют бетонной смесью с избытком и включают вибростол. Вибрирование продолжают до тех пор, пока смесь полностью не заполнит форму с образованием на поверхности цементного молока.

При изготовлении образцов из бетонной смеси жесткостью 11 с и более, на форме закрепляют насадку. Форму с насадкой жестко закрепляют на виброплощадке и устанавливают на поверхность смеси пригруз, обеспечивающий давление (4±0,5) кПа, и вибрируют до прекращения оседания пригруза, плюс дополнительно 5-10 с.

Затем излишек бетонной смеси срезают металлической линейкой, и поверхность образца сглаживают кельмой. При определении пределов прочности на сжатие товарного бетона поверхность образцов закрывают влажной тканью, выдерживают в комнате при температуре воздуха (20±3)°С не менее 24 часов, а затем распалубливают и помещают в камеру нормального твердения. Если предусмотрено тепловлажностное ускоренное твердение бетона, то образцы в формах помещают в пропарочную камеру и подвергают тепловлажностной обработке по заданному режиму. Чаще всего образцы подвергают твердению вместе с изделиями в идентичных условиях.

Перед испытанием образцы подвергают визуальному осмотру (дефектные образцы испытаниям не подлежат), взвешивают, определяют среднюю плотность. Среднее значение средней плотности бетона округляют до десяти кг/м3. Испытуемый образец устанавливают на нижнюю плиту гидравлического пресса так, чтобы направление разрушающей силы было параллельно слоям бетонной смеси при ее уплотнении. Нарастание нагрузки на образец должно быть постепенным. Скорость нарастания нагрузки должна быть в пределах (0,6±0,4) МПа в секунду.

Предел прочности бетона, МПа (кгс/см2), выражают по формуле

, (40)

где Р

– разрушающая сила, Н (кгс);
F
— площадь поперечного сечения образца, мм2 (см2); — масштабный коэффициент.

Значения масштабных коэффициентов выбирают из таблицы 10 в зависимости от размеров испытуемых образцов.

Таблица 10

Значения масштабных коэффициентов для приведения прочности

тяжелого бетона к прочности бетона в образцах базового размера

Длина ребра куба, ммЗначение коэффициентов
0,85 0,95 1,00 1,05 1,10

После вычисления предела прочности отдельных образцов рассчитывают среднее арифметическое значение предела прочности в данной серии образцов: из двух образцов ─ по двум образцам; из трех образцов ─ по двум наибольшим по прочности образцам.

Внешние условия

Оптимальная температура для затвердевания раствора – +15…+20℃, подходящая относительная влажность воздуха – от 90 до 100 %. При укладке смеси в таких условиях прочностные параметры конструкции повышаются вместе со временем твердения. Наибольшие значения показатель приобретает спустя 28 суток после залива.

Помимо этого, прочность бетона зависит от факторов количества азота, который используют для охлаждения смеси. Жидкий азот обычно применяют при больших объемах строительства (к примеру, при возведении тоннелей, мостов, эстакад). Необходимость его использования связана с тем, что температура таких конструкций различается внутри и снаружи, поэтому бетонный раствор может застывать неравномерно.

Поскольку цемент относится к вяжущему водного твердения, после заливки смеси необходимо обеспечить условия для ее застывания. Пока бетон не достигнет критической прочности, следует поддерживать его высокую влажность, иначе полученная конструкция будет не такой прочной, как должна быть на самом деле.

Бетон хорошо работает на сжатие, а арматура на растяжение

Из курса сопротивления материалов известно, что в поперечном сечении изгибаемых или внецентренно сжатых конструкций возникает сжато-растянутая зона, при этом в сжатой зоне хорошо работает бетон, а в растянутой – арматура.

Прочность бетона на сжатие 7-10 раз больше, чем на растяжение, поэтому для обеспечения прочности в растянутой зоне одного бетона не достаточно, здесь ему на помощь и приходит арматура, которая одинаково работает как на растяжение, так и на сжатие. Эти свойства позволяет использовать железобетон для конструкций колонн, перекрытий, стен.

Армирование

Бетонные конструкции, которые укрепляются металлической арматурой, являются более прочными и долговечными. Как вариант, можно использовать объемное армирование, осуществляемое путем добавления разного типа фибры (например, полипропиленовой). Благодаря ее применению прочность материала существенно повышается, так как при застывании он меньше усаживается.

Кроме вышеперечисленных факторов, прочность бетона зависит от его плотности, которая может отражаться и на других качествах стройматериала (водонепроницаемости, морозостойкости). Также на прочностные параметры влияют возраст, порядок укладки (непрерывный или с перерывами), использование вибраторов. Если учитывать эти моменты, можно создать надежную и прочную строительную конструкцию, которая будет сохранять свои свойства долгое время.

Как прочность бетона связана с показателями морозостойкости и водонепроницаемости?

Прочность бетона зависит от его плотности. При этом высокий уровень плотности отражается и на других свойствах материала.

Несмотря на высокую плотность, бетон остается пористым материалом. В нем встречается множество пор и “капилляров”, в которых могут развиваться плесень, грибки и микроорганизмы. Такое воздействие негативно воздействует на материал и может привести к его разрушению.

Если бетон находится под регулярным воздействием низких температур. Влага в его порах замерзает и расширяется. С каждым циклом заморозки и разморозки, трещины и повреждения становятся больше и опаснее, ведя в конечном счете к разрушению.

Именно поэтому для бетона так важна плотность. Чем он плотнее, тем меньше в нем пор. Это касается не только их количества, но и размера.

Чтобы улучшить гидрофобные качества бетона, применяются специальные добавки и мастики, пропитывающие застывший камень.

Факторы, которые влияют на прочность

прочность для бетона фото

Для устойчивости к нагрузкам в различных условиях важна не только марочная прочность бетона, но и соблюдение следующих факторов, влияющих на крепость бетона. Знайте это прежде чем купить строительные материалы.

  1. Марка цементного порошка и содержание жидкости. Чем больше активность цемента, тем прочнее бетонная конструкция, а избыток влаги придает смеси дополнительную хрупкость.
  2. Качество и вид щебня. Влияет на сцепление и твердость. Неравномерная и шероховатая поверхность дает большее сцепление частиц и соответственно повышает плотность. А прочностные характеристики бетона напрямую зависят от вида щебня (гранитный, гравийный, известняковый).
  3. Соблюдение технологии производства. Неравномерное перемешивание (отсутствие бетономешалки) или частичное застывание снижают прочность.
  4. Соблюдение технологии заливки.

а. Непрерывность заливки. Например, при заливке фундамента очень важно проводить работы без длительных остановок (не более получаса).

б. Качество утрамбовки. С ее помощью исключается образование воздушных полостей или пор, которые придают дополнительную хрупкость.

в. Соблюдение температурных режимов. Работу рекомендуется проводить при плюсовых температурах.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: