Як визначити міцність бетону і чим вона характеризується?

За рахунок дешевизни та доступності компонентів (цемент, пісок, щебінь, вода), бетон був і залишається найдешевшим і практичним будівельним матеріалом, що покриває попит і потреби сучасного виробничо-будівельного сектору.

Одна з основних характеристик бетону – його міцність. І йдеться, перш за все, про опір зусиллям на стиснення. На міцність впливає і коефіцієнт ущільнення бетонної суміші, і технологія виробництва, і якість компонентів, що використовуються. При проектуванні майбутньої будівлі враховуються багато факторів, але міцність бетону завжди буде головною характеристикою.

Тому, до речі, і постають питання на кшталт: як визначити міцність бетону та бетонної суміші, на основі яких критеріїв ставиться оцінка, які методи контролю використовуються тощо. Намагатимемося відповісти на всі ці питання, по можливості не вдаючись у технічні характеристики та тонкощі регламенту.

Чим характеризується міцність бетону?

Головне питання щодо максимального опору зусиль на стиснення – чим характеризується міцність бетону. Відповідь – класом та маркою міцності, які у свою чергу визначаються методами контролю після повного висихання бетонної суміші.

Скільки діб бетонна суміш набирає міцності? Стандартний період визначення міцності становить 28 діб, але це необов'язкове значення. Часто момент визначення встановлюється індивідуально, згідно з умовами, прописаними у проектній документації.

Марка бетону (М) – середня (кубикова) міцність бетону на стиск, що визначається кгс/м2. Визначається серією тестів за формулою розрахунку середнього арифметичного значення. Щоб спростити визначення, наведемо приклад.

Після повного висихання бетону (щонайменше 28 діб), вирізають невеликий кубик розміром 10×10×10 мм, наприклад. Далі його ставлять під прес, який стискає кубик до руйнування. Прес вимірює кількість кілограм-сил (кгс або кг), витрачених на руйнування шматочка бетону розміром 1 кубічний сантиметр (см²).

До речі, це не єдиний спосіб, оскільки визначити якість бетонної суміші після повного висихання можна й іншими методами, про що розповімо нижче.

Що ж до формули визначення середнього значення міцності, вираженої в кгс/м², то її використання потрібно провести дослідження кількох шматочків бетону. Потім скласти отримані значення і поділити на кількість зразків, що використовувалися у тестуванні.

Класом бетону (B) називають гарантовану «кубикову» міцність на стиск (одиниця виміру – МПа) з довірчою ймовірністю (забезпеченість) 95%. Обчислюється за формулою певного інтеграла шляхом визначення відсічення 5% при розрахунку міцності всієї продукції окремо взятого виробника.

Для середньостатистичної людини всі ці формули складні, тому головне, що потрібно запам'ятати – чим вища марка бетону, тим вищий його клас, і відповідно, середня та гарантована міцність. Наприклад:

1. Для класу бетону В3,5 підходить марка М50 із середньою міцністю 45,84 кгс/м2.
2. Бетон класу В30 відповідає марці М400 (міцність – 392,9 кгс/м2).
3. А клас бетону В60 відповідає марці М800 тощо.

Тепер ви знаєте класичний тест, як визначити міцність бетону на стиск.

Неруйнівні методи контролю міцності бетону

Вищеописаний метод тестування використовується в лабораторних умовах для визначення класу та марки на стадії виробництва. Але як перевірити міцність бетону готової бетонної конструкції чи виробу? І тому існує кілька способів.

Механічні методи:

1. Використання спеціального інструменту під назвою молоток Фізделя. Є удосконаленим варіантом молоточка (зі штангенциркулем), яким ударяють по очищеному бетону. В результаті механічного пошкодження утворюється лунка, діаметром і глибиною якої визначають міцність тестованого матеріалу. Точне значення міцності визначається за формулою на основі результатів, отриманих після пробою 8-12 лунок. Тут також важливо, як довго набирає міцність бетон. Тестування проводиться після повного висихання (щонайменше 28 днів).
2. Молоток Кашкарова зовні і за способом функціонування схожий на винахід Фізделя. Але є одна фундаментальна відмінність - молоток Кашкарова робить відразу дві лунки: одну на бетоні, іншу на еталонному стрижні (вимірювальний зразок). Значення міцності визначається за ступенем пошкодження бетонної поверхні у співвідношенні з лункою на стрижні.
3. За допомогою пістолета ЦНДІБК (рос. ЦНИИСК) вимірюють такий параметр, як пружний відскок. Принцип дії досить простий: стрижневий ударник ударяє по бетону, відскакуючи від нього на певну відстань. Цю відстань вимірює пристрій, показуючи значення пружного відскоку.
4. Метод сколювання ребра бетонної конструкції за допомогою спеціального вимірювального приладу, що визначає зусилля, що докладається для деформації бетону.

Механічні методи досліджень використовуються після того, як бетон набере повну міцність: скільки днів для цього потрібно, ми вже згадували вище.

Окрім механічних методів контролю також використовується ультразвукове дослідження, яке може бути поверхневим чи наскрізним. Поверхневе ультразвукове дослідження застосовують для визначення міцності плит перекриттів та стінових панелей, а наскрізне – для лінійних конструкцій (балки, ригелі, колони тощо).

Перевірка бетонної суміші до укладки

Іноді потрібно визначити якість у ході роботи, коли бетон тільки готується. Отже, як перевірити якість бетонної консистенції? Визначити якість можна за двома ознаками:

1. Колір бетонної суміші має бути насичено сірим та рівномірним. Якщо за кольором суміш ближче до коричневої або в ній є характерні вкраплення, швидше за все проблема в надмірній кількості піску. Також причина може бути у різних добавках.
2. Однорідність складу. Приготовлена бетонна суміш має бути однорідною і рівномірно литися. Якщо суміш падає шматками, то якість недостатньо висока.

Це основні критерії, за якими можна визначити якість бетонної суміші: методи випробувань, як видно, дуже обмежені. Щоб точно визначити міцність бетону, потрібно дати йому висохнути, після чого скористатися одним або декількома методами контролю, описаними вище.

Які фактори впливають на міцність бетону

Розглядаючи тему міцності бетону, варто згадати про технічні фактори, що впливають на цю міцність. Що важливо знати:

• чим цемент якісніший (активніший), тим вище буде міцність бетону;
• кількість використовуваного цементу також впливає на міцність: чим його більше у відношенні до інших компонентів, тим міцнішим і витривалішим буде бетон;
• правильна кількість води – якщо перевищити міру, бетон вийде пористим, що позначиться на характеристиках міцності;
• якість дрібного (піску) і великого (щебеню) заповнювача також грає роль, особливо це стосується піску та вмісту в ньому глини;
• щоб отримати якісний бетон, потрібна гарна вода без зайвих домішок (краще брати водопровідну воду);
• дотримання оптимальних умов затвердіння (температура, вологість тощо).

Варто зазначити, за якої температури бетон набирає міцність. Рекомендоване температурне вікно від +15 до +25 градусів. Це оптимальна температура, при якій бетон сохне поступово та рівномірно.

Добавки для підвищення міцності

Підсилити бетон можна за допомогою спеціальних добавок, причому на стадії виготовлення бетонної суміші. Робиться це за допомогою високоміцних екструдованих поліпропіленових волокон (фібри). Це відносно новий вид армуючої добавки, який лише недавно почали використовувати як у приватному, так і промисловому будівництві.

Що дає поліпропіленове фіброволокно:

• значно підвищується міцність на стиск і розтяг при вигині (до 25-30%), особливо якщо використовуються макроармуючі волокна на кшталт PoliArm;
• також підвищується ударна міцність і в'язкість бетону;
• бетон менше схильний до розшаровування та усадки;
• суттєво знижується ймовірність появи тріщин при висиханні (до 70% менше тріщин), особливо при використанні мікрофібри типу MicroArm;
• з'являються додаткові властивості: морозостійкість, водонепроникність, вогнетривкість;
• з бетонною сумішшю, збагаченою поліпропіленовими мікроволокнами, легше працювати.

У яких випадках можна використовувати армуючі добавки? У будь-якій бетонній суміші. Головне - дотримуватися пропорцій залежно від призначення бетонної суміші.

Тепер ви знаєте, якими методами та інструментами визначається міцність бетону, від чого вона залежить, та як її підвищити.