Как определить среднюю прочность бетона

Понятие средней прочности бетона с учетом его однородности применяется при контроле качества бетонной смеси, сборных и монолитных конструкций. Характеристика рассчитывается по результатам опытов, проведенных с образцами изготовленной партии. Также средней прочностью называют марку бетона, но она вычисляется без учета однородности материала.

Основные виды прочности

Предел сопротивления бетона различным силовым нагрузкам – основная характеристика, закладываемая при проектировании объектов. Прочность материала нарастает неравномерно, она может различаться в пределах одной партии изделий (участков конструкции). Выделяют несколько видов прочности, нормируемых и определяемых для разных целей:

1. Проектная – значение, при котором конструкция или изделие может подвергаться проектной нагрузке в полной мере. Соответствует возрасту 28 дней или другому, предусмотренному в документах.
2. Нормируемая – характеристика, установленная заказчиком в проектной документации. Определяется классом бетона в соответствии с ГОСТ на определенный тип материала (тяжелый, ячеистый, дорожный бетон и другие).
3. Фактическая – среднее значение прочности бетона, установленное для определенной партии. Вычисляется по результатам испытаний образцов.
4. Требуемая – минимальное значение прочности материала, выбранного для контроля, соответствующее нормируемой прочности.
5. Отпускная – величина прочности, при которой изделие отпускается покупателю. Вычисляется с учетом времени транспортировки, хранения и монтажа. Принимается в процентах от класса бетона: В15 и выше – 50%, В 12, 5 и ниже – 70%.
6. Распалубочная – наименьший показатель, при котором конструкция освобождается от формы, может транспортироваться или твердеть самостоятельно.

Методы определения средней прочности

Все методы, которыми испытывают образцы на прочность, классифицируют на три группы:

1. Разрушающие – пробы берутся из партий бетонных смесей или выпиливаются из готовых конструкций. В первом случае они вызревают в формах до возраста 28 дней. Выполняются по ГОСТ 10180-2012.
2. Неразрушающие прямые – механические методы, предполагающие отрыв, отрыв со скалыванием и скалывание ребра у исследуемых конструкций. Испытания проводятся по ГОСТ 22690-2015.
3. Неразрушающие косвенные – проверка основывается на зависимости градуировки приборов и показателей прочности, определенных разрушающими методами. Используемые способы: ультразвуковой, пластической деформации, упругого отскока и ударного импульса.

Прямые методы частичного разрушения отличаются трудоемкостью и снижают эксплуатационные характеристики конструкций. На участках, где важна целостность монолита, лучше исследовать прочность косвенными способами, применяя специальные приборы.

Прочность на сжатие

Определяемая в лабораторных условиях прочность на сжатие, является основной характеристикой монолита. По ней назначается класс бетона. Для испытаний готовятся образцы кубической формы размером 150x150x150 мм. До проектного возраста их выдерживают при температуре 20°C и влажности 95-100%. Число образцов из контрольной партии зависит коэффициента вариации внутри серии.

Для испытаний кубы помещают под гидравлический пресс и нагружают до разрушения. Прочность на сжатие вычисляют по формуле:

R=a*P/F, где R – предельная прочность (Мпа), P – разрушающая сила, F – площадь образца, a – масштабные коэффициент, который для эталонного куба 150x150x150 мм составляет 1, а для других размеров определяется по специальной таблице.

При выполнении испытаний согласно ГОСТ 18105-2018 вычисляют фактическую среднюю прочность образцов R_m, МПа и требуемую прочность R_t, МПа. Первое значение должно быть больше или равно второму: R_m≥R_t. Характеристика проверяется по различным схемам:

• А – берется не меньше 30 значений образцов различных партий бетона или бетонных конструкций;
• Б – берется не меньше 15 образцов;
• В – используется результат пробы текущей партии смеси;
• Г – упрощенная схема без учета однородности материала, применяется на начальном этапе производства.

Средняя прочность R_m рассчитывается делением единичного значения прочности бетона на общее число единичных значений, взятых за контрольный период.

Требуемая прочность вычисляется по формуле: R_t=K_txB_нор, где K_t  — коэффициент (берется из таблицы), В_нор – нормируемое значение класса бетона.

При определении прочности неразрушающими методами количество контрольных участков составляет:

• сборная конструкция – 2;
• монолит – 4.

Значение средней прочности необходимо не для отправки бетона покупателям, а для регулирования технологического процесса. Снижение показателя приводит к появлению бракованных конструкций или бетонных смесей низкого качества. Повышение характеристики более, чем на 15% уменьшает экономические показатели из-за увеличения расхода цемента.

Факторы, влияющие на характеристику

Средняя прочность бетона зависит от многих факторов:

• активность (класс) вяжущего вещества, его пропорция в составе смеси;
• характеристика и вид заполнителей (прочность, размер зерна, шероховатость поверхности, чистота);
• водоцементное соотношение – чем меньше показатель, тем прочнее бетон, оптимальный параметр 0,4-0,5, но для некоторых растворов он составляет 0,7 из-за требований по удобоукладываемости;
• качество перемешивания и уплотнения смеси, лучшие показатели достигают приготовлением бетона в бетоносмесителях принудительного действия и тщательной вибрацией;
• условия твердения – максимальные значения прочности характерны для созревания при температуре 18-22°C и влажности 95-100%, при отрицательной температуре и влажности ниже 50% смесь не набирает прочность.

Отношение классов и марок бетона

Для тяжелых и мелкозернистых бетонов класс прочности на сжатие определяет ГОСТ 26633-2015. Его значение варьирует от В3,5 до В120. Это нормируемый показатель, гарантирующий на 95%, что конструкция выдержит заявленную нагрузку. Класс обозначается буквой «В», его называют кубиковой прочностью, по аналогии с методикой испытания. Цифра после буквы показывает величину нагрузки в МПа, например: В15 – выдерживает сжатие до 15 МПа. Фактическую характеристику на предприятиях по производству бетонных смесей вычисляют по нескольким формулам:

В=R_m(1-tV)

R_m – средняя прочность бетона, t – коэффициент проектной обеспеченности (для 95% составляет 1,64), V – коэффициент вариации прочности бетона (предельный показатель 13,5%).

В=R_m/K_t

K_t – коэффициент из таблицы выше.

В=0,8xR_m – формула для расчета и контроля по упрощенной схеме, класс составляет 80% фактической средней прочности.

Понятие марки прочности бетона не используется в официальных нормативных документах, но оно осталось во многих технических описаниях характеристик материала. Показатель обозначает нагрузку в кг, которую способен выдержать без деформации см² бетонной конструкции. Он измеряется в кг/см². Между основными характеристиками бетона существует зависимость: класс отличается от ближайшей марки прочности на коэффициент 13%.

Определение прочности самостоятельно

В частном строительстве прочность отвердевшего монолита проверяют с помощью молотка (вес 300-400 г) и зубила. Если при ударе по бетону остается небольшая отметина – класс материала В20-В25. Оставшийся неглубокий след говорит о классе В15-В20. Вмятина глубиной 5 мм – В10, вмятина до 10 мм – В5.