Показатели и методы тестирования расчетного сопротивления бетона

Строители знают, что прочностные характеристики бетонного раствора могут отличаться в пределах всех образцов, которые используются для тестирования смеси одной партии. Это связано с тем, что бетон является неоднородной массой. И как бы вы не старались хорошо его смешать, стопроцентной равномерности распределения компонентов добиться невозможно.

Поэтому вопрос, как рассчитать прочность бетонной смеси, встает в этой ситуации сам собой. Для этого обычно используют так называемые расчетные значения. И в данном конкретном случае это будет расчетное сопротивление бетона.

Характеристики

Неспециалист в области строительства может не понять, по какому принципу разделяются характеристики бетона (имеются в виду прочностные). То есть, что такое расчетные значения, а что такое нормативные.

Характеристики

Так вот, расчетные показатели должны быть ниже фактических, которые определяются прочностью готовой конструкции. А сами фактические показатели и являются нормативными. Взаимосвязь между двумя показателями прямая.

Нормативные показатели

До 1984 года качество бетона определялось одним единственным показателем (характеристикой) – это его прочность, которая обозначалась буквой «М». Данный показатель определял временную устойчивость бетонного раствора на сжатие. С 2001 года специалисты ввели новый норматив (СНиП 2.03.01), который вводил новое разделение бетона по классам. В основе этой классификации лежала прочность по осевому сжатию.

асчетное сопротивление сжатию

По сути, данная характеристика определялась сопротивлением бетона сжатию. Тестирование, как обычно, проводилось на эталонных кубах из бетонного раствора размерами 15×15х15 см. При этом точность проводимого теста доходила до 95%. То есть вероятность риска всего лишь 5%.

Обратите внимание, что в расчетах не используется средняя величина полученных результатов. Все дело в том, что в данном случае присутствует вероятность 50/50, что в опасном месте конструкции прочность бетона окажется ниже средней.

Нижнюю величину тестирования также брать не стоит. Это обязательно приведет к увеличению стоимости бетонных работ за счет использования бетона высокой марки и увеличения размеров самой конструкции. Поэтому прочность бетона сегодня определяется его классом. Кстати, обозначается класс буквой «В». Но не забывайте, что учитывается не только сопротивление бетона сжатию, но и устойчивость к растяжению. Чтобы не быть голословными, приведем таблицу взаимосвязи класса бетона и показателя устойчивости к растяжению.

Класс бетона Устойчивость к растяжению, МПа
В3,5 0,39
В5 0,55
В7 0,7
В10 0,85

Из таблицы видно, что чем выше класс материала, тем выше показатель устойчивости к растяжению.

Расчетные показатели

Выше уже говорилось о том, что для обеспечения надежности бетонной конструкции необходимо выполнить расчет, в который закладывается определенный запас прочности. Так вот, именно этот запас и является гарантией прочности. Чтобы его получить, необходимо удельное сопротивление бетонной смеси разделить на определенный коэффициент. Обычно этот коэффициент имеет показатель 1,3. Но при расчетах нередко учитывается однородность самого раствора. И чем она ниже, тем выше коэффициент.

Еще одна таблица соответствия класса материала расчетному сопротивлению бетона. Нет необходимости сегодня проводить расчеты. Все давно рассчитано и занесено в таблицы, которые находятся в свободном доступе.

Класс бетона Устойчивость к осевому сжатию, МПа
В3,5 2,1
В5 2,8
В7,5 4,5
В10 6
В12 7,5
В15 8,5
В20 11,5

Виды тестирования образцов

Начнем с того, что прочностные характеристики бетона определяются его классом и маркой. Но чем отличаются эти два термина друг от друга? Отличие одно – марка не учитывает колебания характеристики прочности по всему объему бетонного раствора в конструкции. Класс это учитывает.

Поэтому самым важным показателем является прочность при сжатии. А расчетное сопротивление бетона сжатию является его основным свойством.

Но тут нормативные характеристики определяются тестами, в которых используются опытные образцы в виде кубиков или призм. Об этом уже упоминалось выше.

Кубиковая прочность

Что показывают опыты? Оказывается, что использование опытных образцов разных размеров и форм дают разные показатели, которые сильно расходятся с номиналом.

Кубиковая прочность

К примеру, если прочность раствора, залитого в куб с размерами 150×150х150 мм (это так называемый базовый кубик), равна определенному показателю, обозначим его буквой «R», то при использовании куба с размерами 200×200х200 мм прочность материала падает на 7%. То есть становится равной 0,93R. Уменьшая размеры куба до 100×100х100 мм, получаем значение прочности – 1,1R.

Призменная прочность

Но самое главное то, что бетонные конструкции, используемые в строительстве, далеки от форм куба. Так что при определении прочностных характеристик лучше всего использовать тестирование с помощью призмы. Опыты показали, что призменная прочность ниже, чем кубиковая. Но она уменьшается и в том случае, если высота призмы увеличивается.

Специалисты говорят о том, что оптимальный вариант для определения расчетного сопротивления бетона – это использовать призму, в которой соотношение ее высоты к ребру основания равно 4. При этом нормативное сопротивление бетона стабилизируется, и если сравнивать его с кубиковым показателем по сжатию, то оно меньше приблизительно на 25%.

Призменная прочность

То есть получается так, что для опытных кубиков оптимальный размер 150×150х150 мм, а для призм соотношение высоты и ребра должно быть равно 4. Почему уменьшается показатель прочности с изменением размеров испытуемых образцов? Все дело в силе трения, которая действует по торцам образцов. И чем больше размеры, тем ниже сила трения.

Условия тестирования

Бетонный раствор заливается в подготовленные формы – куб или призма. При этом тестирование должно производиться при положительной температуре 18-20 C°. Затвердевшие изделия должны простоять 28 дней, в течение этого времени они приобретут заявленную марочную прочность.

После чего образцы устанавливают на пресс, где и производится осевое сжатие. Все показания записываются. Для расчетного сопротивления бетона на растяжение или сжатие берется максимальный показатель. После чего полученный результат умножается на коэффициент. Как уже было сказано выше, для прочности по сжатию берется коэффициент 1,3, по растяжению – 1,5.

Таким образом, получается расчетное сопротивление или нормативное.

Другие варианты испытаний

Есть еще два способа испытать бетон на прочность и устойчивость к сжатию и растяжению.

  1. С помощью кернов.
  2. С помощью специальных инструментов.

Первый из двух способов самый трудоемкий и сложный в исполнении. Для этого необходимо из уже готовой бетонной конструкции выбурить керн (конусовидный образец), который подвергается тем же испытаниям на прессе, что куб и призма. Используют его сегодня редко, потому что нарушение целостности конструкции, снижает ее прочность и надежность.

Тестирование с помощью инструментов

Второй вариант связан с использование специальных градуированных инструментов (к примеру, молоток Кашкарова). С их помощью напрямую определить прочность изделия невозможно. Для этого тестируется бетонная конструкция на основе ее других свойств, которые переводятся в прочностные показатели. Здесь несколько методов.

Молоток Кашкарова

  1. Метод пластической деформации.
  2. Способ отскока.
  3. Ударного импульса.
  4. Скалывание с учетом отрыва куска от массы бетонного раствора.
  5. Отрыв стальных дисков.
  6. Ультразвук.

Метод деформации и отскока

К первому варианту, кстати, относится определение прочности молотком Кашкарова. Им ударяют по бетонной поверхности, где остается от стального шарика след (углубление). Размеры следа и переводят в прочностные характеристики. Для чего используется специальная таблица.

Склерометр Шмидта

Во втором варианте используется склерометр Шмидта. При этом учитывается расстояние отскока рабочего органа инструмента от испытуемой поверхности.

Измерение импульса и скалывание

Третий вариант основан на измерении выделяемой энергии при ударе рабочего органа инструмента о бетонную поверхность конструкции. На сегодняшний день это самый распространенный вариант определения прочности бетона и его сопротивления, который используется в России. Чаще всего для этого применяется прибор ИПС.

Измерение импульса и скалывание

Четвертый вариант основан на определении силы, прикладываемой к ребру конструкции. Максимальное ее значение при отрыве куска от массы и определяет сопротивление бетонной конструкции. Прилагать усилие можно не только к ребру. Можно в плоскость забить анкер и прилагать усилия к нему.

Применение стальных дисков и ультразвука

Пятый вариант. Для этого к поверхности изделия крепится стальной диск, который отрывается от него. При этом составляется соотношение площадей отрыва плоскости и самого диска. Скажем прямо, не самый эффективный способ.

Применение стальных дисков

Шестой – это использование ультразвука. Скорость прохождения его сквозь массу бетона определяет сопротивление последнего. Этот вариант дает возможность определить характеристики материала не только на поверхностных слоях, но и внутри по всей массе.