Передаточная прочность бетона – это одна из важнейших характеристик застывшего камня, которая очень важна для проектирования и расчетов, определения качества готового монолита и способности его выдерживать возложенные нагрузки. Бетон – это вид искусственного камня, который производят на базе цемента и различных наполнителей с водой в виде жидкого раствора, застывающего в твердый монолит.
Чтобы смесь правильно затвердела и итоговые технические характеристики бетона получились достаточными для эксплуатации в определенных условиях, необходимо четко соблюдать технологию приготовления бетонной смеси и правильно выполнять все предварительные расчеты. Основным показателем несущей способности и надежности бетона является его прочность, фиксируемая в процессе выполнения различных исследований и выраженная в установленных значениях.
Все технические характеристики бетона обычно исследуют в условиях специальных лабораторий
, в процессе воздействия на них различными механическими методами (удар, скол, ультразвук, опускание пресса и т.д.). Одним из главных показателей качества является плотность застывшего раствора, выраженная в соотношении веса к объему. На плотность влияют объем вовлеченного воздуха и особенности застывания бетона. Чем меньший объем воздуха, тем меньшее число пор в структуре камня и тем выше плотность, прочность.
Зависимость между плотностью и прочностью прямая. Средняя прочность – обязательный параметр, который учитывается в расчетах и напрямую влияет на качество, срок эксплуатации элемента конструкции, здания. При недостаточной прочности элемент быстро покрывается трещинами, разрушается, при избыточной – высокие расходы просто не оправдываются.
Класс прочности застывшего бетона обозначается буквой В и цифрами, измеряется в МПа. Также показателем прочности является марка задействованного в смеси цемента или бетона и цифра рядом с ней, отображающая нагрузку, которую может выдержать бетон, в килограммах на квадратный сантиметр.
Определения
Кубиковая прочность – это прочность на осевое сжатие (растяжение). Определяется эта характеристика на кубических образцах с принятыми стандартными размерами 15х15х15 см. Впрочем, иногда, в случае очень мелкого или, наоборот, очень крупного наполнителя, рёбра куба могут иметь размер 10 или 20 сантиметров. В этом случае для испытаний образцов с такими размерами вводится поправочный коэффициент, равной
- для кубов со стороной 10 см К≈0,90,
- со стороной 20 см К≈1,1.
Образец центрируется на опорной плите пресса по своей геометрической оси и подвергается нагрузке давлением, соответствующем росту напряжения 0,3 : 0,4 МПа/сек, то есть в пределах от 6,75 до 9,0 кН/сек по шкале измерения силы до разрушения.
Расчёт ведут по формуле, учитывающей предел прочности каждого образца \( R=\frac{F}{A_{0}}K \) МПа, в которой
- F – нагрузка, предшествующая разрушению образца, выражается в кН;
- A0 – площадь поперечного сечения образца до разрушения, выражается в см2;
- K – переводные коэффициенты от испытываемых кубов к эталонному со стандартным ребром в 15 см.
Вычисления кубиковой прочности делаются на основе среднего арифметического значения в сериях из трёх образцов и более. В случае отличия результатов испытаний одного из образцов от соседнего образца больше чем на 15%, образец бракуется. А если и соседний показатель в большую сторону отличается от следующего также в большую сторону и так же на 15%, бракуется вся серия испытываемых образцов.
Около опорных плит пресса (верхней и нижней) направленная внутрь призмы сила трения между образцом и плитами создаёт нечто вроде двух направленных друг на дружку усечённых пирамид, эффект обоймы, который увеличивает прочность образцов при сжатии (вариант «а»). Добавьте к опорным плоскостям любую смазку – и характер разрушений изменится, куб расколется по плоскостям, параллельным вектору приложенной силы (вариант «б»). Жирная чёрная полоса во 2 варианте – нанесённая на опорные грани смазка.
Однако в реальности форма железобетонных конструкций только в редчайших случаях повторяет форму испытываемых эталонных образцов. Поэтому при испытаниях и расчётах применяют призменную прочность Rb.
При соотношении сторон «высота-основание», когда длина сторон основания всегда меньше длин высоты испытуемых образцов, у образцов форм, близких к призме, нагрузка на основаниях в момент сжатия всегда меньше, чем на грани призмы в высоту. Что отлично демонстрируется практикой, когда напряжение в сжатой зоне бетонных изделий приближено к состоянию призм при сжатии. То есть призмы и условно близкие к ним формы всегда продемонстрируют меньшую прочность на сжатие. Если высота призмы соотносится к сторонам основания как h/2˃4, сила трения воздействия практически не оказывает, а величина прочности делается практически неизменной, равной ≈0,75R.
Призменная прочность Rb вычисляется по аналогичной формуле как частное от деления величины разрушающей нагрузки на площадь поперечного сечения образца.
График зависимости призменной прочности бетона от отношения размеров испытываемого образца
Передаточная прочность – что это такое
Передаточная прочность бетона – это прочность бетонного камня к моменту обжатия его (спуска натяжения). Данный показатель также очень важен для предварительно-напряженных элементов, наряду с проектной прочностью. Фактический показатель передаточной прочности при выполнении требований контроля на производстве по ГОСТу 18105-72 во всех случаях должен быть не ниже 14 мПа, при канатах арматуры класса К-7, стержневой арматуре класса АТ-VI, проволочной арматуре класса Вр-П (при отсутствии высаженных головок) – минимум 20 МПа.
В случае, когда проектные марки бетона взяты выше минимального показателя, передаточная прочность должна находиться на уровне минимум 50% принятой проектной марки.
Передаточная прочность – это также кубиковая прочность бетонного камня в момент обжатия, обозначаемая Rbp. В большинстве случаев она меньше проектной прочности по классу В. Ведь ожидание набора 100% прочности бетона требует времени и это расточительно в условиях производства на заводе.
Поэтому обычно назначают минимальное значение Rbp, которое дало бы достаточный уровень прочности и стойкости к трещинам при обжатии, перевозке и подъеме. Считается, что до момента приложения эксплуатационных нагрузок бетонный монолит наберет требуемую проектную прочность.
Стоит помнить о том, что чем ниже показатель передаточной прочности, тем более серьезными могут быть потери от ползучести, а также понижается сила обжатия. Но чем выше показатель Rbp, тем дольше длится термообработка и тем дороже обходится конструкция. Опытным путем было определено, что в большинстве случаев наиболее оптимальным показателем Rbp является 0.7В.
Нормы проектирования, как правило, не включают обозначение передаточной призменной прочности бетона, которая чаще всего учитывается в расчетах. В связи с этим проектировщики вынуждены вводить свои буквенные обозначения для данной технической характеристики.
Методы испытания
На разные строительные объекты идёт бетон разной плотности и прочности. Эти показатели могут зависеть не только от марки цемента, но и от условий, в которых он хранился до его использования. То есть снижение вяжущих свойств цемента необязательно происходит вследствие истечения срока его годности. Падение качества может произойти и вследствие неправильных условий хранения. Для определения такой характеристики бетона, как прочность, в лабораторно-производственных испытаниях и используют бетонные кубики со стороной 15х15х15 см, выдержанные в течение 28 суток со дня отливки.
Прочность образцов может испытываться по двум методикам: разрушающей и неразрушающей. Суть первой состоит в раздавливании таких образцов, и она точнее. Как раз к такой методике относят кубиковое и призменное испытание образцов, регламентируемое ГОСТ 18105-2010.
К неразрушающим можно отнести:
- испытания ударом (разовое экстремальное и точно выверенное воздействие силы. Это может быть пневматический инструмент с регулируемой силой удара, а также лабораторный взрыв.);
- испытание методом частичного разрушения – делается путём отрыва приклеенного металлического диска к испытуемой бетонной поверхности, путём скалывания бетонного образца или комбинированным путём – отрыв+скалывание;
- ультразвуковое воздействие. При использовании этого метода строят градуировочную зависимость прочности бетона и скорости прохождения сквозь него ультразвука.
При определениях прочности учитывается также коэффициент Пуассона – начальной величины поперечной деформации, которая для бетона равна 0,16. Впрочем, это величина для «идеального» бетона. На практике же, с учётом процессов микро- и макротрещинообразования, в коэффициент вносят поправки исходя из марок бетона и видов деятельности, в которых будут применяться испытуемые бетонные изделия. И этот коэффициент может колебаться от 0,1 до 0,35.
Определение прочности бетона
Согласно п.5.5.5 СП 70.13330.2012 контроль прочности бетона монолитных конструкций в промежуточном и проектном возрасте следует проводить статистическими методами по ГОСТ 18105, ГОСТ 31914, применяя неразрушающие методы определения прочности бетона по ГОСТ 17624 и ГОСТ 22690 или разрушающий метод по ГОСТ 28570 при сплошном контроле прочности (каждой конструкции).
Примечание — Применение нестатистических методов контроля, а также методов определения прочности бетона по контрольным образцам, изготовленным у места бетонирования конструкций, допускается только в исключительных случаях, предусмотренных в ГОСТ 18105 и ГОСТ 31914.
Что влияет на прочность образцов?
Прочность образцов зависит от нескольких показателей. Это:
- марка и качество цемента, связанное с его химической активностью;
- его количество в бетонном замесе;
- форма для заполнения, а также её чистота (посторонние примеси могут резко ухудшить качество бетона);
- тщательность замешивания, однородность смеси цемента и наполнителей;
- использования вибраторов, то есть условия уплотнения;
- возраст отливки (должен быть не менее 28 суток);
- температура, при которой бетонная отливка затвердевала.
Отдельным вопросом всегда нужно выделять количество воды, которое шло на приготовление бетона. Оптимальное количество должно быть в пределах 20%, независимо от соотношения в бетонной смеси всех прочих составляющих.
Контролирование свойств и испытания продукции
Чтобы определить описываемую характеристику производимого материала, специалисты в заводских лабораториях используют измеритель прочности бетона. Данные приспособления работают по разным принципам, которые делятся на неразрушающие и разрушающие.
Известны такие способы испытаний.
Проверка куба ультразвуковым бетоноскопом.
- Неразрушающие косвенные методы, использующие способ ударного импульса, а также импульсный ультразвуковой аналог.
- Не разрушающие прямые способы лишь частично ломают материал образцов. Это может быть принцип отрывания со скалыванием либо методика скола угла. При этом применяются силоизмерители.
- Разрушающие способы делятся на проверку бетонных кубиков (по ГоСТу №10180) и разрушение кернов, изъятых из конструкций (по ГоСТу №28570). При этом используются различные гидравлические прессы.
Форма образцов
В ходе испытаний материала специалисты выделяют такие категории, исходя из формы образцов.
- Кубиковая прочность бетона – это сопротивление (временное) сжиманию бетонных кубиков, имеющих габариты 20×20×20 см.
- Прочность призменная – это предел стойкости к сжиманию призм из бетона, обладающих габаритами 15×15×60 см либо 20×20×
На фото — определение кубиковой прочности.
Обратите внимание! По СНиП №52/01/2003 класс прочности раствора при сжатии равен величине его прочности кубиковой с обеспеченностью в 95%. Иными словами, нормативные документы определяют данный параметр, как основное механическое свойство бетона.
Величина призменная лучше показывает сопротивление материала сжиманию (балки, колонны и пр. по форме более похожи на призму, нежели куб). Однако призменное испытание – процесс дорогой и трудоемкий. Цена же испытания кубов меньше, а сам процесс проще.
Методика проведения испытания неразрушающим методом
Поскольку определить среднюю прочность бетона неразрушающим методом можно без специальной подготовки, прямо на объекте, с помощью современных электронных приборов, рассмотрим именно такой метод, который заключает в себе несколько этапов:
- Этап 1. Необходимо выбрать ровную грань изделия без трещин, сколов и прочих дефектов. Именно на ней и будут производиться дальнейшие испытания.
- Этап 2. В зависимости от типа прибора, следующий порядок действий может отличаться, но основные принципы едины для любого прибора. А именно, после включения склерометра и выбора необходимой функции необходимо расположить его по отношению к поверхности бетонного изделия строго под прямым углом, и нажать на соответствующую кнопку.
- Этап 3. На экране высветится полученное значение. В инструкции к прибору будет указано общее число проведения вышеописанной операции для получения среднего значения.
- Этап 4. По необходимости можно составить акт определения прочности железобетонных конструкций неразрушающим методом, который будет иметь законную силу.
Правильное расположение прибора относительно испытуемой поверхности
После того, как определение прочности бетона неразрушающим способом закончено, необходимо полностью отключить прибор. Очень удобный “гаджет” для любого прораба, да и простого мастера. Он точно не “соврет” о качестве бетона на любом этапе строительства. Только нужно не забывать о его постоянной поверке.
Прочные смеси новейшего поколения
Материал с улучшенными качествами дает возможность сооружать мега-здания.
Обычно, в качестве прочного бетона используется его марка М500, но, спрос существует и на аналоги, вплоть до М-1000. Более того, современные строительные технологии испытывают острую нужду в еще более высокомарочных материалах.
Вследствие этого, специалистами был разработан сверхпрочный бетон нового поколения марки М-1500. Для его замешивания требуется в 1.5/2 раза меньше вяжущего вещества, чем по традиционной технологии.
При этом характеристики материалов будут равны. Такой высокопрочный бетон можно производить на обычном заводе.
