Определение прочности бетона


Методы определения прочности бетона

Способность бетона противостоять механическому и температурному воздействию называется прочностью. Эта важнейшая характеристика, влияющая на эксплуатационные параметры конструкции.

Все правила, касающиеся проведения испытаний бетона на растяжение, сжатие и изгиб прописаны в ГОСТ18105-86. Важной характеристикой надежности материала выступает коэффициент вариации, характеризующий однородность смеси (Vm).

где Sm - квадратичное отклонение прочности, Rm – прочность бетона в партии.

Согласно ГОСТ10180-67 определяется кубиковая прочность материала при сжатии. Она вычисляется при сжатии контрольных образцов-кубов, имеющих ребра жесткости в возрасте 28 дней. Для класса В25 и выше призменный показатель должен равняться 0,75, для составов классом ниже В25 – 0,8.

Требования по расчетной прочности кроме ГОСТов прописаны еще и в СНиПах. Например, распалубный показатель незагруженных горизонтальных конструкций, имеющих пролет менее 6 метров, должен быть не менее 70% от проектной прочности, если длина пролета превышает 6 метров – 80%.

Испытание образцов дает возможность определить качество смеси, но не характеристики бетона в составе конструкции. Проводятся такие исследования согласно ГОСТ18105-2010 и используют следующие методы:

  • разрушающие,
  • косвенные разрушающие,
  • прямые разрушающие.

Значительной популярностью пользуются прямые методы неразрушающего контроля. К основным методам данного типа относят ультразвуковые или механические.

Методы контроля прочности бетона по ГОСТ22690-88

  • отрыв;
  • отрыв со скалыванием;
  • скалывание ребра.

Инструменты, необходимые для проведения исследований

  • электронный блок;
  • прибор для отрыва с устройством для приклеивания к бетону;
  • датчики;
  • дюбели и анкеры;
  • эталонный металлический стержень.

График отражает набор прочности материала во времени, при этом линия A – это вакуумная обработка, B - естественное твердение, C – изменение показателя после прохождения вакуумной обработки.

Проверка прочности бетона методом отрыва

В основе данного типа исследования лежит измерение максимального усилия для отрыва части бетонной конструкции. Причем отрывающая нагрузка должна применяться к ровной поверхности путем приклеивания диска прибора. Для приклеивания используют клеевые составы на эпоксидной основе. В ГОСТ22690-88 указываются клеи ЭД16 и ЭД20 с цементным наполнителем. Также можно применять двухкомпонентные составы. Площадь отрыва определяется после проведения каждого испытания. После отрыва и вычисления усилия измеряют прочность бетона (Rbt) на растяжение. Используя эмпирическую зависимость и данный показатель, можно вычислить показатель R - прочность на сжатие. Для этого следует воспользоваться формулой:

Rbt = 0,5∛(R^2 )

Отрыв со скалыванием

После отвердения бетона в заранее высверленное отверстие ставят анкерное устройство, после чего вырывают его с частью бетона. Этот метод во многом схож с описанным ранее. Основное отличие - способ крепления инструмента к поверхности. Отрывающее усилие создается за счет лепестковых анкеров. Анкер укладывается в шпур и измеряется P  - разрушающее усилие. В ГОСТ 22690 указан переход прочности бетонного состава на сжатие по формуле:

R = m1 * m2 *P,

где m2 – коэффициент перехода прочности на сжатие, зависящий от условий затвердевания и вида бетона, m1 – коэффициент, отражающие максимальные параметры большого заполнителя (сыпучие каменные материалы).

Ограничениями для использования данного способа исследования является густое армирование и незначительная толщина конструкции. Толщина поверхности должна превышать удвоенную длину анкера.

Метод скалывания ребра

Прочность бетона при данном методе определяется по усилию (P), требуемому для скалывания части конструкции, размещенной на ребре внешней стороны. Прибор крепится на поверхности с помощью анкерного болта с дюбелем. Для определения показателя используется следующая формула:

R = 0,058 * m * (30P + P2),

где под m понимают  коэффициент, отражающий крупность заполнителя.

Ультразвуковой метод

Действие ультразвуковых приборов контроля основано на взаимосвязи между скоростью, с которой распространяются волны по конструкции и ее прочностью. На основе данного метода определено, что скорость, также как и время распространения волн отвечают прочности бетона.

Для сборных линейных конструкций применяется метод сквозного просвечивания. При этом ультразвуковые преобразователи располагаются с противоположных сторон конструкции. Плоские, многопустотные и ребристые плиты перекрытия, а также стеновые панели исследуют поверхностным просвечиванием, при котором волновой преобразователь (дефектоскоп) ставят с одной стороны конструкции.

Для обеспечения максимального акустического контакта с рабочей поверхностью выбирают вязкие контактные материалы (например, солидол). Возможен сухой вариант с применением протекторов и конусных насадок. Инсталляция ультразвуковых приборов производится на удалении не менее 3 см от края.

Метод исследования с помощью молотка Кашкарова

Испытания проводятся согласно ГОСТ22690.2-77. Определение прочности бетона производится в пределах 5-50 Мпа. По ровной испытываемой поверхности наносится удар, в результате чего образуются два отпечатка: на эталонном металлическом стержне и на поверхности основания. С каждым ударом стержень перемещают на 10 мм в отверстие корпуса молотка. Удары по основанию наносятся через белую копировальную бумагу. Для измерения отпечатков на бумаге используют угловой масштаб.

Для исследований на основе упругого отскока используют молоток Шмидта, пистолеты Борового, ЦНИИСКа, склерометр КМ со стержневым ударником. Взвод и пуск бойка происходят автоматически в момент прикосновения ударника к испытываемому основанию. Величина отскока бойка фиксируются специальным указателем на шкале аппарата. 

aquagroup.ru

Определение прочности бетона

Определение прочности бетона состоит в измерении минимальных усилий, разрушающих специально изготовленные контрольные образцы бетона при их статическом нагружении с постоянной скоростью роста нагрузки и последующем вычислении напряжений при этих усилиях в предположении упругой работы материала.

Форма и номинальные размеры образцов в зависимости от метода определения прочности бетона должны соответствовать указанным в табл. 32.

Таблица 32. Форма и размеры образцов для испытания на сжатие

Метод Форма образца Размеры образца, мм
Определение прочности на сжатие и на растяжение при раскалывании     Куб   Длина ребра: 100; 150; 200; 300
Цилиндр   Диаметр d: 100; 150; 200; 300
Высота h, равная 2d

Перед использованием форм их внутренние поверхности должны быть покрыты тонким слоем смазки, не оставляющей пятен на поверхности образцов и не влияющей на свойства поверхностного слоя бетона.

Укладку и уплотнение бетонной смеси следует производить не позднее, чем через 20 мин после отбора пробы.

Все образцы следует изготавливать из одной пробы бетонной смеси и уплотнять их в одинаковых условиях.

После окончания укладки и уплотнения бетонной смеси в форме верхнюю поверхность образца заглаживают мастерком или пластиной. Образцы после изготовления до распалубливания хранят в формах, покрытых влажной тканью или другим материалом, исключающим возможность испарения из них влаги, в помещении с температурой воздуха (20±5)°С.

При определении прочности бетона на сжатие образцы распалубливают не ранее чем через 24 ч для бетонов класса В7,5 (М100) и выше, и не ранее чем через 48 ч - для бетонов класса В5 (М75) и ниже, а также для бетонов с добавками, замедляющими их твердение в раннем возрасте.

После распалубливания образцы должны быть помещены в камеру, обеспечивающую у поверхности образцов нормальные условия, т. е. температуру (20±3)°С и относительную влажность воздуха (95±5)%. Допускается хранение образцов под слоем влажных песка, опилок или других систематически увлажняемых гигроскопичных материалов.

Перед испытанием образцы подвергают визуальному осмотру, устанавливая наличие дефектов в виде околов ребер, раковин и инородных включений. Образцы, имеющие трещины, околы ребер глубиной более 10 мм, раковины диаметром более 10 мм и глубиной более 5 мм (кроме бетона крупнопористой структуры), а также следы расслоения и недоуплотнения бетонной смеси, испытанию не подлежат. Наплывы бетона на ребрах опорных граней образцов должны быть удалены напильником или абразивным камнем. Результаты осмотра записывают в ведомость испытаний. В случае необходимости фиксируют схему расположения дефектов.

На образцах выбирают и отмечают грани, к которым должны быть приложены усилия в процессе нагружения.

Визуальный осмотр образцов

Определение отклонений от плоскостности и перпендикулярности рабочих граней образцов

Отклонения опорных граней образцов от плоскости, принимаемой за прилегающую, измеряют прибором с погрешностью не более 0,01 мм на 100 мм длины, который при любом исполнении должен иметь три фиксированные опоры по углам и не менее двух индикаторов часового типа по ГОСТ 577 или других измерителей перемещений той же точности - один по четвертому углу и один в середине (рис.21).

Рис.21. Схема прибора для измерения отклонений от плоскостности

1 - корпус (рамка) ; 3 - индикатор; - опора; - база прибора

Перед измерением образца прибор устанавливают на поверочную плиту в трех точках и приводят показания стрелок всех индикаторов в нулевое положение.

Прибор приставляют к измеряемой грани образца и фиксируют, опирая в трех точках. Вслед за тем снимают отсчеты по двум индикаторам.

Отклонение граней от перпендикулярности определяют с помощью уголка. Отклонение от перпендикулярности граней образца соответствует норме, если не превышает 1 мм независимо от размеров образца.

Отклонения от перпендикулярности определяют по опорным граням относительно смежных граней.

Перед установкой образца на пресс или испытательную машину удаляют частицы бетона, оставшиеся от предыдущего испытания на опорных плитах пресса. Образцы-кубы устанавливают одной из выбранных граней на нижнюю опорную плиту пресса (или испытательной машины) центрально относительно его продольной оси, используя риски, нанесенные на плиту пресса, дополнительные стальные плиты или специальное центрирующее устройство.

Нагружение образцов производят непрерывно со скоростью, обеспечивающей повышение расчетного напряжения в образце до его полного разрушения в пределах (0,6±0,4) МПа/с. При этом время нагружения одного образца должно быть не менее 30 с.

Максимальное усилие, достигнутое в процессе испытания, принимают за разрушающую нагрузку.

Разрушенный образец необходимо подвергнуть визуальному осмотру и отметить в ведомости испытаний:

§ характер разрушения;

§ наличие крупных (объемом более 1 см3) раковин и каверн внутри образца;

§ наличие зерен заполнителя размером более 1,5D, комков глины, следов расслоения.

Результаты испытаний образцов, имеющих перечисленные дефекты структуры и характер разрушения, учитывать не следует.

Рис.22. Схема характера разрушений образцов при испытаниях на сжатие

1 - нормальное разрушение; 2-5 - дефектные разрушения

Прочность бетона, МПа (кгс/кв.см), следует вычислять с точностью до 0,1 МПа по формуле:

где P - разрушающая нагрузка, кН;

S - площадь рабочего сечения образца, см2;

– коэффициент, учитывающий размеры образца;

kw – коэффициент, учитывающий влажность ячеистого бетона (для тяжелого бетона равен 1)

Прочность бетона (кроме ячеистого) в серии образцов определяют как среднее арифметическое значение в серии:

§ из двух образцов - по двум образцам;

§ из трех образцов - по двум наибольшим по прочности образцам;

§ из четырех образцов - по трем наибольшим по прочности образцам;

§ из шести образцов - по четырем наибольшим по прочности образцам.

При отбраковке дефектных образцов прочность бетона в серии образцов определяют по всем оставшимся образцам, если их не менее двух. Результаты испытания серии из двух образцов при отбраковке одного образца не учитывают. Марку и класс бетона определяют по табл.33.

Таблица 33. Соотношения классов и марок для тяжелого бетона

Класс Bb, МПа Марка Класс Bb, МПа Марка
Bb3,5 4,5 Mb50 Bb30 39,2 Mb400
Bb5 6,5 Mb75 Bb35 45,7 Mb450
Bb7,5 9,8 Mb100 Bb40 52,4 Mb500
Bb10 Mb150 Bb45 58,9 Mb600
Bb12,5 16,5 Mb150 Bb50 65,4 Mb700
Bb15 19,6 Mb200 Bb55 Mb700
Bb20 26,2 Mb250 Bb60 78,6 Mb800
Bb25 32,7 Mb300      

Таблица 34. Сводная таблица результатов испытаний

Показатель Ед. изм. Обозначение Значение
Удобоукладываемость бетонной смеси (подвижность, жесткость)      
Средняя плотность бетонной смеси      
Пористость бетонной смеси (расчетная)      
Отклонение опорных граней образцов от плоскостности Верхняя Нижняя        
     
     
Отклонение граней образцов от перпендикулярности Первая Вторая Третья Четвертая      
     
     
     
     
Прочность бетона по образцам: 1      
     
     
     
     
     
Средняя прочность серии образцов      

Вывод: Марка и класс бетона:

megaobuchalka.ru

Как определить прочность бетона

Очень важной характеристикой бетона является его прочность, так как от нее зависят эксплуатационные параметры материала. Под прочностью подразумевается способность бетона противостоять внешним механическим силам и агрессивным средам. В наше время бетон используется повсеместно: в процессе строительства, реконструкции и капитального ремонта, также повсеместно фиксируются и нарушения в технологии производства работ. Чрезмерное увлажнение, несоблюдение пропорций противоморозных добавок, чрезмерное нагружение конструкций, преждевременное снятие опалубки — все это может привести к изменению прочностных характеристик бетона. Как же определить прочность бетона?

Как определить прочность бетона неразрушающим методом

Прочность конструкций из бетона на данный момент можно определить при помощи механических неразрушающих и разрушающих методов. Неразрушающие методы на сжатие основываются на косвенных характеристиках показаний приборов. Испытания прочности бетона в основном проводят при помощи таких методов: ударного импульса, скалывания, отрыва, упругого отскока, пластической деформации, отрыва со скалыванием.

Итак, рассмотрим основные виды испытательных приборов механического принципа действия. Прочность бетона в этом случае определяется глубиной внедрения рабочего органа прибора в поверхностный слой материала.

Действие молотка Физделя основывается на использовании пластических деформаций строительных материалов. В результате удара молотка по поверхности бетона образуется лунка, диаметр которой характеризует прочность материала. Место, на которое будут наноситься опечатки, необходимо очистить от штукатурки, шпаклевки, окрасочного слоя. Испытания следует проводить локтевыми ударами средней силы по 10-12 раз на каждом участке конструкции, расстояние между опечатками должно составлять не менее 3 см. Диаметр полученных лунок можно измерить с помощью штангенциркуля по двум перпендикулярным направлениям с точностью до десятой миллиметра. После этого определяют прочность бетона с помощью среднего диаметра отпечатка и тарировочной кривой. Как правило, эту кривую строят на сравнении полученных диаметров отпечатков и результатов лабораторных исследований на образцах, которые взяты из конструкции или изготовлены по технологиям, аналогичных примененным.

Принцип действия молотка Кашкарова также основывается на свойствах пластической деформации. Основное отличие между этими приборами заключается лишь в наличии между молотком и завальцованным шариком отверстия, в которое введен контрольный стержень. В результате удара этого инструмента образуется сразу два отпечатка, один — на поверхности обследуемой конструкции, а другой — на эталонном стержне. Соотношение диаметров полученных отпечатков не зависит от скорости и силы удара молотка, а от прочности исследуемого материала и контрольного стержня. Прочность бетона в этом случае определяют по среднему соотношению диаметров двух отпечатков с помощью тарировочного графика.

На принципе упругого отскока работают пистолет Борового, молоток Шмидта, склерометр КМ, оснащенный стержневым ударником. Величина отскока бойка измеряется при постоянной величине кинетической энергии металлической пружины и фиксируется указателем на шкале прибора. Взвод и спуск бойка происходят автоматически при соприкосновении ударника и испытуемой поверхности. Специальный боек определенной массы имеет склерометр КМ, который при помощи предварительно напряженной пружины с заданной жесткостью ударят по металлическому ударнику, который другим концом прижат к обследуемой поверхности.

Прочность бетона в теле бетонного элемента можно определить методом испытания на отрыв со скалыванием. Участки для испытания необходимо подобрать так, чтобы в этой зоне не было арматуры. В этом случае применяются анкерные устройства трех типов. Анкерные устройства первого типа должны устанавливаться в конструкцию при бетонировании, а чтобы установить устройства второго и третьего типа, заранее нужно подготовить шпуры, высверливая их в бетоне.

Ультразвуковой способ измерения прочности бетона заключается в регистрации скорости прохождения ультразвуковых волн. Можно выделить две техники проведения испытаний: сквозное ультразвуковое прозвучивание (датчики располагаются с разных сторон тестируемого образца) и поверхностное прозвучивание (датчики расположены с одной стороны). В первом случае можно контролировать прочность не только в приповерхностных слоях бетона, но и прочность тела бетонной конструкции. Помимо контроля прочности бетона, ультразвуковые приборы часто применяют для дефектоскопии, контроля качества бетонирования и определения глубины. Скорость распространения ультразвука в бетона достаточно велика, может достигать 4,5 км/c.

Градуировочную зависимость между скоростью распространения ультразвука и прочностью бетона на сжатие нужно определять заранее для конкретного состава бетона. Дело в том, что использование 2-х градуировочных зависимостей для бетонов разных составов может привести к ошибкам в определении прочности. При применении ультразвукового контроля необходимо учитывать несколько факторов: количество и зерновой состав заполнителя, способ приготовления бетонной смеси, изменение расхода цемента более чем на 30%, степень уплотнения бетона и напряженное состояние бетона.

При помощи данного метода можно осуществлять массовые испытания изделий любой формы многократно, вести непрерывный контроль нарастания или снижения прочности. Недостатком ультразвукового метода можно назвать погрешность при переходе от акустических характеристик к прочностным. Ультразвуковые приборы не стоит применять для контроля качества высокопрочных бетонов, поскольку диапазон контролируемых прочностей ограничивается классами В7,5…В35 (10…40 МПа).

Определение прочности бетона разрушающим методом

Наиболее достоверным считается разрушающий метод определения прочности бетона, с его помощью можно определить максимальную прочность бетона при разрушении образцов в лабораторных условиях (используется гидравлический пресс). Но стоит отметить и некоторые недостатки этого способа, связанные с трудоемкостью изъятия опытных образцов из существующих конструкций. В некоторых конструкциях очень часто невозможно произвести отбор проб из-за расположения большого числа конструктивной арматуры. По этой причине разрушающий метод применяется в исключительных случаях, когда конструкция позволяет изъять комплект цилиндрических образцов, а также в случаях испытания заранее заготовленных на строительной площадке образцов бетона каждой партии бетонной смеси, поставляемой на объект строительства. На данный момент наиболее удачным и технологичным является способ комбинации механического разрушающего и неразрушающего методов определения прочности бетона, ведь погрешность в этом случае составляет не более 1%.

Прочность бетонных конструкций вполне можно определить самостоятельно, но в случае строительства важных объектов желательно обратиться к услугам специализированных лабораторий.

estroyka.com


Смотрите также