Как определить прочность бетона и чем она характеризуется?

За счет дешевизны и доступности компонентов (цемент, песок, щебень, вода), бетон был и остается наиболее дешевым и практичным строительным материалом, покрывающим спрос и потребности современного производственно-строительного сектора.

Одна из главных характеристик бетона – его прочность. И речь, прежде всего, о сопротивлении усилиям на сжатие. На прочность влияет и коэффициент уплотнения бетонной смеси, и технология производства, и качество используемых компонентов. При проектировании будущего строения учитываются многие факторы, но прочность бетона всегда будет главной характеристикой.

Поэтому, к слову, и появляются вопросы вроде: как определить прочность бетона и бетонной смеси, на основе каких критериев ставится оценка, какие методы контроля используются и т.д. Постараемся ответить на все эти вопросы, по возможности не вдаваясь в технические характеристики и тонкости регламента.

Чем характеризуется прочность бетона?

Главный вопрос при определении максимального сопротивления усилий на сжатие – чем характеризуется прочность бетона? Ответ – классом и маркой прочности, которые в свою очередь определяются методами контроля после полного высыхания бетонной смеси.

Сколько суток бетонная смесь набирает прочность? Стандартный период для определения прочности составляет 28 суток, но это необязательное значение. Часто момент определения устанавливается индивидуально, согласно условиям, прописанным в проектной документации.

Марка бетона (М) – средняя (кубиковая) прочность бетона на сжатие, определяемая в кгс/м². Определяется серией тестов по формуле расчета среднего арифметического значения. Чтобы упростить определение, приведем пример.

После полного высыхания бетона (не менее 28 суток), вырезают небольшой кубик размером 10×10×10 мм, к примеру. Далее его ставят под пресс, который сжимает кубик до момента разрушения. Пресс измеряет количество килограмм-сил (кгс или кГ), затраченных на разрушение кусочка бетона размером в 1 кубический сантиметр (см²).

К слову, это не единственный способ, так как определить качество бетонной смеси после полного высыхания можно и другими методами, о чем расскажем ниже.

Что касается формулы определения среднего значения прочности, выраженной в кгс/м², то для ее использования нужно провести исследования нескольких кусочков бетона. Затем сложить полученные значения и поделить на количество образцов, которые использовались в тестировании.

Классом бетона (B) называют гарантированную «кубиковую» прочность на сжатие (единица измерения – МПа) с доверительной вероятностью (обеспеченность) в 95%. Вычисляется по формуле определенного интеграла путем определения отсечки в 5% при расчете прочности всей продукции отдельно взятого производителя.

Для среднестатистического человека все эти формулы сложны, поэтому главное, что нужно запомнить – чем выше марка бетона, тем выше его класс, и соответственно, средняя и гарантированная прочность. Например:

1. Для класса бетона В3,5 подходит марка М50 со средней прочностью 45,84 кгс/м².
2. Бетон класса В30 соответствует марке М400 (прочность – 392,9 кгс/м²).
3. А класс бетона В60 соответствует марке М800 и т.д.

Теперь вы знаете классический тест, как определить прочность бетона на сжатие.

Неразрушающие методы контроля прочности бетона

Вышеописанный метод тестирования используется в лабораторных условиях для определения класса и марки на стадии производства. Но как проверить прочность бетона готовой бетонной конструкции или изделия? Для этого существует несколько способов.

Механические методы:

1. Использование специального инструмента под названием молоток Физделя. Представляет собой усовершенствованный вариант молоточка (со штангенциркулем), которым ударяют по очищенному бетону. В результате механического повреждения образуется лунка, по диаметру и глубине которой определяют прочность тестируемого материала. Точное значение прочности вычисляется по формуле на основе результатов, полученных после пробоя 8-12 лунок. Тут также важно, как долго набирает прочность бетон. Тестирование проводится после полного высыхания (не менее 28 дней).
2. Молоток Кашкарова внешне и по способу функционирования схож с изобретением Физделя. Но есть одно фундаментальное отличие – молоток Кашкарова делает сразу две лунки: одну на бетоне, другую на эталонном стержне (измерительный образец). Значение прочности определяется по степени повреждения бетонной поверхности в соотношении с лункой на стержне.
3. С помощью пистолета ЦНИИСКа измеряют такой параметр, как упругий отскок. Принцип действия также достаточно прост: стержневой ударник ударяет по бетону, отскакивая от него на определенное расстояние. Это расстояние измеряет прибор, показывая значение упругого отскока.
4. Метод скалывания ребра бетонной конструкции с помощью специального измерительного прибора, определяющего усилие, прилагаемое для деформации (скалывания) бетона.

Механические методы исследований используются после того, как произойдет полный набор прочности бетона: сколько дней для этого нужно, мы уже упоминали выше.

Кроме механических методов контроля также используется ультразвуковое исследование, которое может быть поверхностным или сквозным. Поверхностное ультразвуковое исследование применяют для определения прочности плит перекрытий и стеновых панелей, а сквозное – для линейных конструкций (балки, ригели, колонны и т.д.)

Проверка бетонной смеси до укладки

Иногда нужно определить качество в ходе работы, когда бетон только готовится. Итак, как проверить качество бетонной смеси? Определить качество можно по двум признакам:

1. Цвет бетонной смеси должен быть насыщенно серым и равномерным. Если по цвету смесь ближе к коричневой или в ней есть характерные вкрапления, скорее всего, проблема в чрезмерном количестве песка. Также причина может быть в различных добавках.
2. Однородность состава. Приготовленная бетонная смесь должна быть однородной и равномерно литься. Если смесь падает кусками, значит, качество недостаточно высокое.

Это основные критерии, по которым можно определить качество смеси бетонной: методы испытаний, как видно, весьма ограничены. Чтобы точно определить прочность бетона, нужно дать ему высохнуть, после чего воспользоваться одним или несколькими методами контроля, описанными выше.

Какие факторы влияют на прочность бетона

Рассматривая тему прочности бетона, стоит упомянуть о технических факторах, влияющих на эту самую прочность. Что важно знать:

• чем цемент качественнее (активнее), тем выше будет прочность бетона;
• количество используемого цемента также влияет на прочность: чем его больше в соотношении к другим компонентам, тем прочнее и выносливее будет бетон;
• правильное количество воды – если переборщить, бетон получится пористым, что отразится на прочностных характеристиках;
• качество мелкого (песка) и крупного (щебня) заполнителя также играет роль, особенно это касается песка и содержания в нем глины;
• чтобы получить качественный бетон, нужна хорошая вода без лишних примесей (лучше всего брать водопроводную воду);
• соблюдение оптимальных условий затвердения (температура, влажность и т.д.)

Стоит уточнить, при какой температуре бетон набирает прочность. Рекомендованное температурное окно от +15 до +25 градусов. Это оптимальная температура, при которой бетон сохнет постепенно и равномерно.

Добавки для повышения прочности

Усилить бетон можно с помощью специальных добавок, причем на стадии приготовления бетонной смеси. Делается это с помощью высокопрочных экструдированных полипропиленовых волокон (фибры). Это относительно новый вид армирующей добавки, который лишь недавно начали использовать как в частном, так и промышленном строительстве.

Что дает полипропиленовое фиброволокно:

• значительно повышается прочность на сжатие и растяжение при изгибе (до 25-30%), особенно если используются макроармирующие волокна вроде PoliArm;
• также повышается ударная прочность и ударная вязкость бетона;
• бетон меньше подвержен расслаиванию и усадке;
• существенно снижается вероятность появления трещин при высыхании (до 70% меньше трещин), особенно при использовании микрофибры вроде MicroArm;
• появляются дополнительные свойства: морозостойкость, водонепроницаемость, огнеупорность;
• с бетонной смесью, обогащенной полипропиленовыми микроволокнами, легче работать.

В каких случаях можно использовать армирующие добавки? В любой бетонной смеси. Главное – соблюдать пропорции в зависимости от назначения бетонной смеси.

Теперь вы знаете, какими методами и инструментами определяется прочность бетона, от чего зависит, и как ее повысить.