Методы определения прочности бетона

Прочность бетона — важный параметр различных сооружений. Значение максимальной величины сжатия материала без разрушения строительных конструкций, которое зависит от марки М (в кг/см²) или класса В (в МПа). Строительные организации и изготовители конструкций для определения марочной прочности бетона руководствуются требованиями нормативных документов — ГОСТ 22690-88, 28570, 18105-2010, 10180-2012 в которых регламентированы механические испытательные методы, способы обработки результатов.

Содержание статьи:

1. Что влияет на прочность? 
2. Требования к проверке 
3. Как определить прочность бетона? 
4. Заключение 

Что влияет на прочность?

На строительной площадке у затвердевшего бетона свойства могут отличаться от значений в проектной документации и результатов, полученных в лаборатории, поскольку прочность зависит не только качества цемента и заполнителей, но и от условий доставки; способа укладки в опалубку; размеров и формы конструкции; вида напряженного состояния; влажность, температуры окружающей среды в процессе твердения смеси; ухода после заливки. Ухудшение прочности происходит от грубых нарушений производственных технологий: транспортировка осуществлялась не в миксере; превышения допустимого времени доставки; заливая, смесь не уплотняли и не утрамбовывали; монтаж выполнялся при низкой или высокой температуре, ветре; укладка в опалубку проводилась без соблюдения оптимальных условий твердения. 

Из-за неправильной транспортировки смесь расслаивается, теряя подвижность. Когда смесь не уплотняется вибраторами, внутри остается воздух, ухудшающий качество. Чтобы прочность бетона составила 70% необходимо в период от 7 до 15 суток поддерживать высокую влажность и температуру в пределах 15°-25°С. Нельзя смесь переохлаждать и пересушивать, поэтому в зимний период опалубку утепляют или прогревают, а в жару увлажняют, накрывая пленкой поверхность монолита. На железобетонных заводах в течении 8 -12 часов обрабатывают конструкции пропариванием в автоклаве для уменьшения времени набора прочности. чтобы проверить прочность бетона и соответствие характеристик конструкции, выполняют технические обследования образцов в лаборатории и мониторинг состояния зданий неразрушающими прямыми и косвенными методами. При измерении прочности бетона возникает погрешность из-за:

• неравномерности состава; 
• дефектов поверхности; 
• влажности материала; 
• армировании; 
• коррозии, промасливания, карбонизации внешнего слоя; 
• неисправностей прибора — износа пружины, слабой зарядки аккумуляторной батареи. 

Самым информативным и безошибочным способом является испытание на прочность образцов, изъятых из монолита бетонных конструкций. Однако, он дорог и трудоемок. Поэтому при помощи приборов измеряют параметры бетона: твердость, усилие на отрыв или скол, длину волны, от которых зависит прочность. Применяя переходные формулы, вычисляют величину. 

Требования к проверке

Специалисты обычно контролируют фактическую прочность бетона с использованием неразрушающих методов. Современные приборы позволяют быстро получить результаты без бурения, высверливания или вырубки образца, чтобы не нарушать целостность конструкции. При контроле и оценки прочности бетона учитывают три показателя: точность измерений; стоимость оборудования; трудоемкость. Самое дорогостоящее испытание — отрыв со скалыванием кернов на лабораторном прессе.

На ультразвуковое исследование величины ударного импульса, упругого отскока, пластических деформаций уходит меньше затрат. Однако перед применением следует установить градуировочную зависимость косвенной характеристикой от фактической прочности, потому что свойства смеси иногда отличаются от тех, когда строили градуировочную зависимость. Для определения достоверной прочности обязательно испытывают кубики на сжатие с помощью пресса или замеряют значение усилия на отрыв со скалыванием, чтобы избежать больших погрешностей при оценке прочности бетона. Когда правилами контроля допускается применение относительного показателя, используют косвенные методы для выявления неоднородных зон материала. 

Как определить прочность бетона?

Во время производства, в лабораторных условиях, на строительных площадках испытывают бетон контролируют фактическую прочность бетона с применением методов: разрушающих; неразрушающих прямых; неразрушающих косвенных. 

Разрушающие методы 

Выпиленные образцы готовой смонтированной конструкции испытывают на прессе. После каждого разрушения измеряют максимальное сжатие. Благодаря испытанию получают наиболее достоверные результаты. Метод используют не часто в связи с дороговизной, трудоемкостью и причинением локальных дефектов. На производстве исследуют серии образцов, приготовленных из рабочей бетонной смеси с учетом требований ГОСТ 10180-2012. А затем кубик или цилиндр испытывают на прессе в заводских условиях. 

Неразрушающие прямые 

Неразрушающими методами испытывают прочность бетона, не повреждая материал конструкции. Прибор взаимодействует с бетоном во время испытаний методами:

• отрыва;
• отрыва со скалыванием; 
• скалывания ребра. 

Перед испытанием на отрыв приклеивают эпоксидным составом стальной диск на поверхность и специальными устройствами типа: ПОС-50МГ4, ГПНВ-5, ПИВ отрывают его вместе с фрагментом конструкции. Расчет выполняют по формулам, величину усилия переводят в искомый показатель. Отрыв со скалыванием проводят прибором, вложенным в лепестковые анкера, которые закреплены в бетон с помощью шпуров.  Фиксируют усилие разрушения при извлечении части материала. Марочные характеристики определяют с применением переводных коэффициентов. 

Для конструкций с внешними углами в виде балок, перекрытий, колонн применяют метод скалывания ребра прибором ГПНС-4, который плавно нагружают после закрепления дюбелем в анкера к выступающему элементу. Фиксируют усилие при разрушении и глубину скола. Прочность бетона вычисляют по формуле, учитывая крупность заполнителя. Важно помнить, что способ не применяется если защитный слой тоньше 20 мм. 

Неразрушающие косвенные методы 

марку материала без нарушения конструкции, установки приборов или анкеров помогают определить неразрушающие косвенные методы: 

• исследование ультразвуком; 

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

Ультразвуковой метод основан на сравнении скорости продольных волн готовой конструкции и эталонного образца с помощью прибора УГВ-1, установленного на ровную поверхность прозванивают участки по программе испытаний. Акустические исследования проводят согласно требований ГОСТ 17624-2012, чтобы погрешность не превышала 5%. 

При методе ударного импульса используется металлический боек сферической формы. Пьезоэлектрический или магнитострикционный прибор преобразует энергию удара о бетон в электрический импульс. От амплитуды и времени электрического импульса зависит прочность бетона.  Благодаря простому и компактному устройству можно вычислить результаты прочности бетона. 

Для определения марки бетона методом обратного отскока используют склерометр — прибор измеряющий значение бойка после удара о поверхность или прижатой к ней металлической пластины. Таким образом твердость материала позволяет судить о прочности. 

Благодаря давно разработанному методу пластических деформаций измеряют след от удара металлического шарика о бетон и размер сравнивают с эталонным отпечатком. На практике часто используют молоток Кашкарова — инструмент со сменным стальным стержнем, вставленным в корпус. Прочность определяют из соотношения диаметра отпечатков на поверхности бетонной конструкции и стержне после нанесения серии ударов. 

Заключение

Неразрушающие методы испытаний прочности бетона доступные и недорогие по сравнению с лабораторными исследованиями образцов. Главное— построить градуировочную зависимость приборов, чтобы получить точные значения и устранить факторы, искажающие результаты измерений.