Структура бетона прочность бетона

Обновлено: 18.05.2024

Разрушающая нагрузка на бетон: ГОСТ 10180-2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.

Испытание бетона – важный и обязательный этап, необходимый для проверки качества используемого материала при реализации ремонтно-строительных работ. С целью подтверждения материала заявленным характеристикам и показателям, нормам СНиП и ГОСТ, его проверяют на прочность, сопротивление на изгиб/растяжение. Также дополнительно могут проверяться удобоукладываемость, плотность, морозостойкость, водонепроницаемость и т.д.

Основные контролируемые и нормируемые показатели качества бетона:

Прочность на сжатие – определяется в классах, обозначается буквой В
Прочность на осевое растяжение – также определяется классами, индекс Bt
Морозостойкость – исчисляется марками, обозначается F
Водонепроницаемость – также марка, буква W
Средняя плотность – указывают в марках, индекс D

Испытания бетона могут проводиться с использованием различных методов – исследуются только что залитые или вырубленные из монолита образцы, разрушающие и неразрушающие способы и т.д. Оптимальный вариант испытаний определяют специалисты или сам мастер, с учетом имеющегося в его распоряжении арсенала знаний, навыков, инструментов.

Благодаря своевременно и правильно выполненным мероприятиям по проверке и подтверждению качества бетона удается гарантировать надежность и прочность конструкций, зданий, соответствие выполненных работ всем нормативам и показателям.

От чего зависит и на что влияет прочность бетона

Показатель прочности бетона – самая важная характеристика материала, которая учитывается как в процессе проектирования и выполнения расчетов, так и при выполнении работ. Прочность бетона задает марка, обозначается классом В (измерение в МПа) или М (кг/см2), отображает максимальное давление сжатия, которое материал может спокойно выдержать без деформации.

Когда проводится испытание бетона на прочность, лаборатория или строительная организация (возможно, сам мастер) руководствуются требованиями основных нормативных документов – это ГОСТы 10180-2012, 22690-88, 18105-2010, 28570.

Способность бетона эффективно сопротивляться внешнему воздействию благодаря внутреннему напряжению напрямую зависит от марки цемента и компонентов, входящих в состав раствора. При проверке бетона на соответствие указанной марке, на исследуемом образце не должно быть деформаций, разрушений, расслоений, трещин, сколов и т.д.

Лабораторные испытания бетона на прочность должны проводиться обязательно, особенно в случае заливки важных конструкций, несущих элементов и т.д. Ведь даже минимальное несоответствие (которое часто становится результатом экономии на цементе, других компонентах) может стать причиной быстрого разрушения здания, элемента конструкции.

Прочность состава зависит от: марки цемента, соотношения наполнителей и цемента, фракции наполнителей, качества всех компонентов, чистоты воды, введенных в состав пластификаторов и присадок. Если планируется заливать конструкции, подвергаемые серьезным нагрузкам, бетон дополнительно упрочняют армированием стальными прутьями или сетками, проволокой.

Большое влияние на прочность бетона, испытание которого проводится, оказывают внешние условия, в которых выполняется заливка и сохнет бетон. Также существенно повышается прочность при использовании вибрации, которая удаляет пузырьки воздуха из монолита, делает его более плотным.

Если бетон заливается при минусовых температурах, то компоненты и сам материал либо прогревают, либо смешивают со специальными противоморозными добавками. Могут устанавливаться электроды в заливку, применяться укрытие основания теплоизоляционными материалами, опилками и т.д. Чтобы поверхность монолита не покрывалась трещинами, нужно ее после заливки увлажнять, препятствуя слишком быстрому испарению влаги.

Несмотря на то, что прочность бетона зависит от массы факторов, правильно и своевременно проведенные испытания раствора помогут исключить вероятность приготовления некачественной смеси и избежать вероятности разрушения всей конструкции.

При условии соответствия бетона указанным показателям прочности влияние других факторов на качество раствора можно уменьшить или нивелировать.

Классификация методов испытаний

Испытания бетона проводятся с использованием различных методов, выбор которых зависит от имеющихся мощностей, условий эксплуатации, давности заливки монолита, возможности коррекции состава смеси, исходных данных и требуемых результатов.

Основные методы испытания бетона на прочность:

Испытание образцов бетона, которые отливаются в условиях лаборатории – из смеси создают цилиндры и кубики, конусы, потом проверяют с использованием пресса.
Проверка образцов, которые были вырублены/выпилены из уже готового монолита – обычно бурят алмазными коронками, керны отправляют в лабораторию, там определяют прочность с использованием пресса.
Неразрушающие методы – с применением приборов/инструментов, которые позволяют изучить свойства монолита без необходимости помещения их в определенные устройства и условия. Используются ультразвук, ударно-импульсный метод и т.д.

Несмотря на появление множества современных приборов и разнообразных методов, по-прежнему самым эффективным и популярным считается испытание образцов бетона под прессом (на сжатие).

Другие виды исследований бетона:

Осадка конуса – позволяет изучить консистенцию и однородность замешанного раствора. Металлический конус заполняют смесью, снимают форму и изучают показатели, изменения структуры материала.
Проверка на уплотнение – для определения коэффициента уплотнения партии раствора. Используется специальный аппарат с 2 мерными емкостями с воронками. В первую заливают бетон, потом через клапан пускают во вторую, откуда смесь уходит в специальный цилиндр.
Проверка на изменение формы/пластичность – смесь заливают в конус, его кладут на опорный стол, потом форму убирают и стол опускают, изучают характеристики растекшегося бетона.
Испытание на предмет наличия воздушных пустот – используют 2 метода: измерение веса до и после встряхивания/перемешивания бетона в специальном устройстве, испытание давлением.

Исследование бетона в бытовых условиях эмпирическим методом:

Цвет – бетон высокого качества должен быть зеленовато-серого оттенка и чем зеленее, тем лучше (желтый оттенок – признак плохого качества).
Появление цементного молочка на поверхности залитого бетона – чем гуще, тем лучше.
Непокрытые смесью фракции наполнителя – их не должно быть.
От затвердевшего монолита молоток при ударе должен отскакивать со звоном, оставляя небольшую вмятину.

Этапы проведения испытаний

Существует две основных группы методов исследований бетона, которые сегодня используются повсеместно для определения качества материала и соответствия его указанным характеристикам.

Разрушающие методы

Испытания проводятся с применением пресса и исследованием кубиков, цилиндров из бетона, полученных в условиях лаборатории либо выпиленных из уже готового монолита (что может сказаться на прочности всей конструкции). На куски бетона оказывают возрастающее давление, пока не удастся зафиксировать разрушение контрольного образца.

Использование такого воздействия на бетон является наиболее точным методом исследования его на прочность и считается обязательным при создании ответственных сооружений.

Неразрушающие методы

В данном случае речь идет об исследовании, которое не предполагает какого-либо разрушающего воздействия на образец или повреждения всей конструкции. Прибор взаимодействует с поверхностью монолита механическим способом посредством: отрыва, отрыва со скалыванием, а также скалывания ребра.

Если используется испытание посредством отрыва, на монолит эпоксидным клеем крепят стальной диск, потом отрывают его специальным устройством с фрагментом конструкции. Полученный показатель усилия по формуле переводят в нужную величину.

Когда проводится отрыв со скалыванием, прибор крепят в полость бетона. Лепестковые анкеры вкладывают в пробуренные шпуры, потом достают часть материала и фиксируют разрушающее усилие. Чтобы определить марочные характеристики, используют переводные коэффициенты.

Скалывание ребра используется там, где есть внешние углы (перекрытия, колонны, балки). Прибор (обычно ГПНС-4) крепят к любому выступающему сегменту анкером с дюбелем, нагружают плавно. В момент разрушения происходит фиксация глубины скола и усилия, прочность потом определяют по формуле, которая обязательно учитывает фракцию наполнителя.

Неразрушающие косвенные методы:

Исследование ультразвуком – скорость распространения продольных волн в монолите и эталонном образце сравниваются: УГВ-1 устанавливают на идеально ровную поверхность и прозванивают участки по плану, потом данные обрабатывают по имеющимся таблицам, электронным базам. Погрешность обычно составляет 5%.
Ударный импульс – применяется энергия удара бойка из металла сферической формы о монолит. Магнитострикционное или пьезоэлектрическое устройство преобразует удар в электрический импульс, время и амплитуда которых связаны с прочностью бетона.
Метод обратного отскока – используется склерометр, который фиксирует величину обратного отскока бойка, устанавливая твердость конструкции.
Пластическая деформация – измеряется след на бетоне после удара металлическим шариком, сравнение с эталонным образцом.

Порядок проведения проверки на удобоукладываемость

Чтобы изучить данное свойство бетона, в условиях лаборатории применяют специальный прибор – вискозиметр. Он дает возможность измерить в секундах время, которое нужно для укладки смеси. Укладку начинают и одновременно запускают вискозиметр, потом фиксируют получившиеся показатели. Чем меньше времени нужно для выполнения работ, тем лучше материал.

Порядок проведения испытаний на растяжение

Сначала готовят бетонный конус, его помещают горизонтально в специальный прибор, на средину образца оказывается разрушающая нагрузка по нарастающей. Шаг оказываемого воздействия составляет 0.5 МПа/с. Результат фиксируют после того, как структура бетона разрушилась в центре образца.

Порядок проведения испытаний на сжатие

Благодаря данному методу удается определять марку бетона. Сначала из материала отливают кубики (либо вырезают их из уже залитой смеси) размером 100-300 миллиметров по грани.

Также могут использоваться в испытаниях призмы и цилиндры. В лаборатории образцы отливаются на вибростоле, все испытания осуществляют на 3, 7, 28 (основная проверка) сутки после заливки.

Образец помещается под пресс, давящий на кубик с мощностью 140 кгс/м2 с шагом, равным 3.5 кгс/м2. Вектор силы должен быть строго перпендикулярным основанию бетона. По полученным данным определяют способность сопротивления бетона сжатию, марка записывается в протокол испытаний.

Марки прочности бетона и сфера их применения

Бетону присваивают марку по ГОСТу, которая обозначается буквой М и цифрой в соответствии со способностью сопротивления материала на сжатие. И чем больше значение, тем прочнее считается изделие. Как правило, марка прочности зависит от марки и объема цемента в растворе, качества и соотношения компонентов. Бетон бывает марок М100-М500. Есть марки и меньше, и выше, но они редко используются в строительстве.

Класс бетона определяет его способность работать в агрессивных средах. Бетоны марок М100-М250 относятся к ячеистым, легким. Обычно используются для заливки ненагруженных конструкций, в обустройстве фундаментов малых зданий, бордюров, пешеходных дорожек.

Бетоны марок М300-М350 применяются для обустройства фундаментов многоэтажных строений, для отливки плит перекрытия, монолитных стен. Наиболее прочные бетоны марок М400-М500 актуальны для производства железобетонных конструкций, которые эксплуатируются в сложных условиях, с повышенными нагрузками.

Испытание бетона – важный и обязательный этап контроля и оценки прочности материала, который лучше всего проводить до начала реализации работ, чтобы не разрушать конструкцию и иметь возможность откорректировать состав, предпринять меры для изменения свойств материала.

Заказывая материал в Москве или регионах, необходимо обязательно требовать сертификаты соответствия с результатами лабораторных проверок.

Расчетное сопротивление бетона сжатию - марка и класс на сжатие

Структура тяжелого бетона испытуемого образца

Расчетное сопротивление бетона сжатию – одна из ключевых характеристик, которые необходимо учитывать при проектировании какой-либо конструкции из данного материала, и в начале любого строительства. При этом, нужно обращать на нее внимание не только профессионалам, но и обычным мастерам-подсобникам, решившимся на возведение дома своими руками.

Определения

Прочность – основное качество, которое точно описывает его несущую способность. Определяется она пределом на сжатие – это наивысший предел нагрузки, при котором наступают разрушения образца. И это основной показатель, который и учитывают при его использовании.

Расчетное сопротивление – это показатель стойкости материала нагружающим воздействиям. Используется он при проектировочных расчетах, и неотъемлемо связан с нормативными показателями сопротивления сжатию.

До 2000−х годов ориентировались только на марки материала, которые и принимали как расчетный показатель, но по новым техническим документам, каждой марке присвоен новый критерий соответствия образца сжимающим нагрузкам.

Он выявлен в лабораторных условиях, узаконен специалистами и отражен в СП 52−101−2003. Согласно этому техническому документу, нормативное сопротивление материала осевому сжатию – это и есть класс на сжатие, заданный с 95%-ой обеспеченностью. Условие означает, что оно выполняется в 95% тестируемых случаев, и только в 5% может отклоняться от установленных показателей.

Но даже такой процент доказывает, что пользоваться при проектировании средними расчетными показателями неоправданно рискованно. А при выборе наименьшего значения, увеличится сечение конструкции или изделия, что в свою очередь отразится на перерасходе денежных и энергоресурсов.

Согласно СП 52−101−2003, нормативные значения сопротивления представлены на фото ниже.

Нормативные и расчетные значения сопротивления

Есть еще такое определение, как предел прочности на растяжение. По своей природе, данный материал в разы хуже выдерживает растягивающие нагрузки. Поэтому его и армируют в ЖБИ, стяжках пола большой толщины, фундаментах и прочее.

При расчетах используют в приоритете показатель при сжатии. В принципе, любое изделие или конструкция, испытывают большие нагрузки именно от сжимающих статических или динамических воздействий. Но сопротивление к изгибающим воздействиям учитывают при проектировании. В таких случаях, просто пользуются таблицей соответствия классов.

Таблица 6.7 из СП 63.13330.2012″СНиП 52-01-2003, в которой указаны марки сопротивление к сжатию, растяжению.

ВидБетонНормативные сопротивления МПа, и расчетные сопротивления для предельных состояний второй группы и МПа, при классе материалапо прочности на сжатие В1,5В2В2,5В3,5В5В7,5В10В12,5В15В20В25В30В35В40В45В50В55В60В70В80В90В100Сжатие осевое растяжениеТяжелый, мелкозернистый и напрягающий———2,73,55,57,59,5111518,52225,529323639,54350576471Легкий——1,92,73,55,57,59,5111518,52225,529————————Ячеистый1,41,92,43,34,66,99,010,511,5—————————————Растяжение осевоеТяжелый, мелкозернистый и напрягающий———0,390,550,700,851,001,101,351,551,751,952,102,252,452,602,753,003,303,603,80Легкий——0,290,390,550,700,851,001,101,351,551,751,952,10————————Ячеистый0,220,260,310,410,550,630,891,001,05————————————

От прочности в срезе при скалывании, зависит устойчивость к сжатию от корреляционных показателей.

Примечание. Сопротивление сжатию В25 наиболее часто встречающийся показатель при проектировании материала.

Осевое сжатие. Расчеты и значения

При расчетах нужно учитывать, что класс (В) напрямую зависит от его средней прочности R, МПа. Соответственно, используется следующая формула:

В= R (1−tV), где, t – класс обеспеченности, заложенный при проектировании, в основном берут значение 0,95, соответственно t=1,64; V – коэффициент вариации прочности. 1 – постоянная.

Если в расчетах использовался нормативный коэффициент V = 13,5% (0,135), то средняя прочность равна R = В/0,778.

Другое дело, когда рассчитываются всевозможные железобетонные конструкции. Особо тщательно просчитывается граничная высота оговариваемой зоны. Она выражает такую высоту, при которой перед разрушением напряжения в сжатом материале и растянутой арматуре, достигают своих максимальных значений одновременно. Только при таком условии можно считать сечение нормально армированным.

При этом относительная высота этой зоны (таблица), используется для определенного изделия своя. Их можно найти в нормативных документах, и применять данные при расчетах. В принципе, представленная информация вкратце разъяснила, что представляет собой зона сжатия и сопротивление осевому сжатию.

Методы определения прочности по контрольным образцам бетона

Разобравшись с тем, что такое сопротивление материала на сжатие, рассмотрим основные методы определения данного показателя.

Испытание бетона разрушающим способом

Проверка на сжатие проводится, как правило, в аккредитованных строительных лабораториях на поверенном оборудовании. Главное, что для него понадобится − пресс.

Также будут необходимы точные лабораторные весы, штангенциркуль и испытуемые образцы. Последние готовятся заранее из нужной партии. Форма стандартная – куб со сторонами 10 см. Согласно техническим документам, используют от 3 до 5 штук образцов для одной партии.

Совет. Изначально их нужно подготовить, отчищая от загрязнения и взвешивают для определения соответствия плотности, веса и проектной марки материала. Если эти значения в норме, то на 95% можете быть уверены в должном уровне устойчивости.

Абсолютно ровными гранями образец устанавливается на пресс, включается и начинается проверка. Максимальная нагрузка, при которой началось разрушение образца – это и есть предельное сжатие.

Среднее значение устанавливается по результатам контроля всех отобранных образцов. По конечной цифре определяется, соответствует или нет фактическая прочность нормативным и проектным значениям. После чего она заносится в журнал.

Галерея: процесс испытания разрушающим методом с помощью пресса.

Контроль неразрушающими методами

Предыдущий метод обязателен на любом строительном производстве и на любом этапе строительства.

Он считается наиболее достоверным:

На результаты протоколов, лабораторных разрушающих исследовании, опираются конструкторы и архитекторы при возведении зданий и изготовлении железобетонных изделий.
Когда же нет возможности определить прочность образцов разрушающим методом, или же требуется через определенное время повторный анализ характеристик, используют специальные устройства.
Они необходимы для того, чтобы протестировать материал на сжатие непосредственно на месте. Одним легким нажатием они определяют числовое значение и при желании другие необходимые характеристики, касающиеся однородности и уплотнения тела материала.
Существует масса подобного оборудования, но наиболее распространённый в строительных кругах – прибор ИПС − МГ различной модификации. Он прост в использовании, точен и цена на него вполне доступна.

Фото автоматизированного аппарата.

Преимущественно его используют на строительной площадке. Этот электронный измеритель позволяет в короткие сроки определить показатели плотности, прочности и упруго−пластические свойства методом ударного импульса. Этот способ хоть и не является приоритетным, но все же, предусмотрен ГОСТ 22690.

Совет. Обязательно перед «простреливанием» бетона необходимо выбрать или подготовить поверхность. Она должна быть ровной без шероховатостей, вмятин, пустот, трещин и прочих дефектов площадью не меньше 100 см2. При необходимости нужно зашкурить поверхность.

Количество участков должно приниматься по программе испытаний, но их должно быть не менее трех. Обычно для объемной железобетонной конструкции берут среднее значение 15 проб.

Это количество зависит от площади, так как точки контроля должны находиться на расстоянии друг от друга 15 мм и от края не менее 50 мм. Идеальные места – между гранулами щебня и крупными раковинами в бетонном теле.

Чтобы провести тестирование конструкции, необходимо:

включить прибор, при этом он сразу будет в режиме испытания;
ввести данные об испытываемом материале;
взвести рычаг на «пистолете»;
плотно прижать перпендикулярно к тестируемой поверхности и отпустить рычаг;
на табло появится результат, он запоминается с последующими испытаниями;
после 15 проб выводится автоматически среднее значение, если количество «прострелов» меньше, то можно заранее просмотреть средний результат.

Чем хорош такой прибор – все данные на нем могут сохраняться на компьютере и архивироваться. В любой момент можно просмотреть предыдущие испытания на компьютере и составить протокол.

Структура бетона прочность бетона

Home / Бетон в Красногорске / Структура бетона и ее влияние на прочность и деформативность

Структура бетона и ее влияние на прочность и деформативность

Структура бетона оказывает большое влияние на прочность и деформативность бетона. При затворении водой смеси из заполнителей и цемента начинается химическая реакция соединения минералов цемента с водой, в результате которой образуется гель — студнеобразная пористая масса со взвешенными в воде, еще не вступившими в химическую реакцию, частицами цемента и незначительными соединениями в виде кристаллов. В процессе перемешивания бетонной смеси гель обволакивает отдельные зерна заполнителей, постепенно твердеет, а кристаллы постепенно соединяются в кристаллические сростки, растущие с течением времени. Твердеющий гель превращается в цементный камень, скрепляющий зерна крупных и мелких заполнителей в монолитный твердый материал — бетон.

Избыточная, химически несвязанная вода частью вступает впоследствии в химическое соединение с менее активными частицами цемента, а частью заполняет многочисленные поры и капилляры в цементном камне и полостях между зернами крупного заполнителя и стальной арматурой и, постепенно испаряясь, освобождает их. По данным исследований, поры занимают около трети объема цементного камня; с уменьшением W/C пористость цементного камня уменьшается и прочность бетона увеличивается. Поэтому в заводском производстве железобетонных изделий применяют преимущественно жесткие бетонные смеси с возможно меньшим значением W/C. Бетоны из жестких смесей обладают большей прочностью, требуют меньшего расхода цемента и меньших сроков выдержки изделий в формах.

Таким образом, структура бетона оказывается весьма неоднородной: она образуется в виде пространственной решетки из цементного камня, заполненной зернами песка и щебня различной крупности и формы, пронизанной большим числом микропор и капилляров, содержащих химически несвязанную воду, водяные пары и воздух. Физически бетон представляет собой капиллярно-пористый материал, в котором нарушена сплошность массы и присутствуют все три фазы — твердая, жидкая и газообразная. Цементный камень также обладает неоднородной структурой и состоит из упругого кристаллического сростка и наполняющей его вязкой массы — геля.

Длительные процессы, происходящие в таком материале,— изменение водного баланса, уменьшение объема твердеющего вязкого геля, рост упругих кристаллических сростков — наделяют бетон своеобразными упруго-пластическими свойствами. Эти свойства проявляются в характере деформирования бетона под нагрузкой, во взаимодействии с температурно-влажностным режимом окружающей среды.

Исследования показали, что теории прочности, предложенные для других материалов, к бетону неприменимы. Зависимость между составом, структурой бетона, его прочностью и деформативностью представляет собой задачу, над которой работают исследователи. Суждения о прочности и деформативности бетона основаны на большом числе экспериментов, выполненных в лабораторных и натурных условиях.

Структура бетона прочность бетона

Общие закономерности, определяющие структуру и технические свойства бетонов, целесообразно рассмотреть на примере тяжелого бетона, применяемого наиболее часто для изготовления монолитных сооружений и сборных конструкций. Затвердевший бетон относится к материалам конгломератного типа, так как состоит из заведомо разнородных зерен заполнителя, скрепленных цементным камнем.

В структуре бетона выделяют три элемента: цементный камень, заполнитель и зону контакта между ними. Количественные соотношения и качественное различие этих элементов предопределяют характер структуры и свойства бетона. Различают макро- и микроструктуру бетона.

Макроструктура характеризует строение бетона как искусственного конгломерата и зависит от соотношения между компонентами бетона, а также однородности их распределения. Учитывают и воздушные пустоты, возникающие вследствие недоуплотнения бетонной смеси. Большое влияние на свойства бетона оказывают также усадочные трещины, образующиеся в процессе твердения в цементном камне и контактной зоне и нарушающие монолитность бетона.

Микроструктура затвердевшего бетона характеризуется составом и строением твердого вещества, размером и характером пор, а также строением контактной зоны между заполнителем и цементным камнем. Цементный камень скрепляет все компоненты бетона в единое целое. Поэтому к важнейшим свойствам, определяющим качество цементного камня, относятся прочность и адгезия, т.е. способность к сцеплению с зернами заполнителя. В состав цементного камня входят продукты гидратации цемента и многочисленные включения в виде негидратированных зерен клинкера и минеральных добавок. Продукты гидратации представлены в основном мельчайшими кристаллами гидросиликатов кальция и, кроме того, более крупными кристаллами гидроксида кальция.

Основными показателями качества тяжелого бетона являются прочность на сжатие и растяжение, морозостойкость, водонепроницаемость.

Прочность бетона в проектном возрасте характеризуют классами прочности на сжатие и осевое растяжение. Отличительная особенность бетонных работ — значительная неоднородность получаемого бетона. Чем выше культура строительства, лучше качество приготовления и укладки бетона в конструкции, тем меньше будут возможные колебания прочности. Следовательно, важно не только получить бетон с заданной средней прочностью, но и обеспечить ее во всем объеме изготовляемых конструкций.

В необходимых случаях устанавливают также класс бетона по прочности на осевое растяжение, обозначаемый индексом Вг. Для тяжелого бетона приняты следующие классы: Bf0,8; Bfl,2; Bfl,6; Bf2; Bf2,4; Bf2,8 и Bf3,2. Цифра обозначает выраженный в МПа предел прочности при осевом растяжении.

В соответствии со стандартом СЭВ 1406—78 класс является основным показателем прочности бетона. Для изделий и конструкций, запроектированных без учета требований этого стандарта, прочность бетона характеризуют маркой. Марка бетона — зто численная характеристика какого-либо его свойства, рассчитываемая как среднее значение результатов испытания образцов. При определении марок по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости принимают нижнее предельное значение свойств, а марку по средней плотности — по верхнему предельному значению. В отличие от класса марка бетона не учитывает колебаний прочности во всем объеме бетонируемой конструкции.

Марка по прочности на сжатие — наиболее распространенная характеристика бетона. Марку определяют испытанием на осевое сжатие бетонных образцов-кубов размерами 15X15X15 см. Полученный при испытании предел прочности при сжатии, выраженный в кгс/см 2 , является численной характеристикой марки.

Бетон для изготовления изгибаемых железобетонных конструкции дополнительно характеризуют марками по прочности на растяжение при изгибе: Ри5, РИ10, Ри15, Ри20, Ри25, Ри30, Ри35, Ри40, Ри45, Ри50, Ри55, Ри60, Ри65, Ри70, Ри80, Ри90,Ри100.

Соотношение между классами и марками бетона неоднозначно и зависит от однородности бетона, оцениваемого с помощью коэффициента вариации. Чем меньше коэффициент вариации, тем однороднее бетон. Класс бетона одной и той же марки существенно увеличивается, если удается снизить коэффициент вариации. Например, при марке по прочности на сжатие М300 и коэффициенте вариации 18% получают бетон класса В15, а при коэффициенте вариации 5% — класса В20, т.е. на целую ступень выше. Это подчеркивает необходимость тщательного выполнения всех технологических рекомендаций, повышения технического уровня и культуры производства бетонных работ.

Прочность — основная характеристика бетона как конструкционного материала. Численное значение прочности определяется действием многих факторов. К важнейшим из них относятся качество примененных материалов и пористость бетона.

В плотноуложенном бетоне возникновение пор связано с физико-химическими процессами твердения цемента, а также с испарением воды, которая не связывается в новообразования. Следовательно, пористость такого бетона обусловлена в основном пористостью цементного камня. Избыток воды образует в бетоне множество тонких капиллярных пор и полостей, поэтому плотность и прочность бетона снижаются.

Прочность бетона окажется тем выше, чем лучше заполнители, выше марка цемента и больше значение Ц/В. При постоянном расходе цемента прочность бетона с увеличением расхода воды уменьшается, а с уменьшением расхода воды увеличивается.

Марку по морозостойкости назначают и контролируют для бетона в конструкциях, подвергающихся в увлажненном состоянии действию попеременного замораживания и оттаивания (например, в гидротехнических сооружениях, дорожных и аэродромных покрытиях). Установлены следующие марки тяжелого бетона по морозостойкости (в циклах) : F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500, F600, F800 и F1000. Марку по водонепроницаемости назначают для бетона конструкций, которые должны обладать ограниченной проницаемостью при одностороннем давлении воды. Установлены следующие марки по водонепроницаемости (в кгс/см2): W2, W4, W6, W8, W10, W12.W16, W18 и W20. Часто тяжелый бетон применяют для изготовления конструкций, подвергающихся в процессе эксплуатации агрессивному воздействию окружающей среды. К ним относят бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений, дорожные покрытия. В этих случаях устанавливают дополнительные технические требования и вводят ограничения по составу бетона с учетом условий его работы в конструкциях.

Гидротехнический бетон используют для возведения плотин, шлюзов, набережных, мелиоративных сооружений. К нему предъявляют требования по прочности, плотности, водонепроницаемости, морозостойкости. В зависимости от расположения в гидротехническом сооружении различают бетон наружной и внутренней зон.

Для достижения высокого качества бетона наружных зон сооружения используют стойкие цементы (сульфатостойкий портландцемент, цементы с органическими добавками) и высококачественные морозостойкие заполнители.

Подводный бетон подвергается физико-химической коррозии под влиянием воды и растворенных в ней веществ. Для такого бетона целесообразно применять сульфатостойкий либо пуццолановый портландцемент.

Высокая долговечность бетона наружной зоны гидротехнических сооружений во многом зависит от его пористости. Чем меньше пористость, тем меньше проницаемость бетона, больше его долговечность. Пористость бетона зависит от водоцементного отношения в бетонной смеси, которое по ГОСТ 26633—85 ограничивают.

Бетонное покрытие дороги работает на изгиб как плита на упругом основании. Поэтому основная характеристика дорожного бетона — прочность на растяжение при изгибе. Прочность, сопротивление истиранию и морозостойкость бетона возрастают с увеличением плотности, поэтому ограничивают верхний предел водоцементного отношения в бетоне.

Бетон для однослойных покрытий и верхнего слоя двухслойных покрытий должен обладать высокой морозостойкостью: при эксплуатации в суровом климате — не ниже F200, в умеренном — F150, в мягком — F100. Высокую морозостойкость бетона обеспечивают применением высококачественных материалов, и в первую очередь цемента. Для изготовления дорожного бетона рекомендуется употреблять портландцемент марки 500 и более, в котором содержание трехкальциевого алюмината не превышает 10%, а также гидрофобный и пластифицированный портландцементы без минеральных добавок.

Набор прочности бетона в зависимости от температуры и прочих факторов

Своим основным качеством — прочностью — бетон обязан реакциям гидратации, которые запускаются после того, как цемент смешивают с водой.

Из чего состоит бетон

Основным компонентом, который обеспечивает характеристики готового бетона, является цемент. Это вяжущее водного твердения, которое в присутствии воды образует прочную кристаллическую структуру, но на это требуется время.

Второй важный компонент бетонной смеси — вода, которая и запускает реакции гидратации. Постоянное присутствие воды — важный фактор, без которого набор прочности не будет происходить должным образом.

Также в состав бетонной смеси вводят крупные и мелкие заполнители ( гравий или щебень и песок соответственно).

Условия твердения бетона

Твердение бетона подчиняется определенным законам.

Можно выделить две стадии набора прочности бетона:

схватывание;
твердение.

Схватывание бетона

Это первая стадия набора прочности, которая происходит в течение первых суток после замеса.

Интересно!

Если бетонную смесь перемешивать, она не схватывается. Это свойство позволяет транспортировать бетон в течение довольно длительного времени. Также, в случае, если необходимо продлить срок «жизни» бетонной смеси, используются пластификаторы. Они позволяют повысить пластичность и подвижность смеси, предотвратить ее расслаивание, сделать ее податливой и удобной в работе. К тому же, пластификатор позволяет уложить бетонную смесь более плотно (иногда даже без применения специальной обработки), «выгоняет» из нее воздух, благодаря чему минимизируется как количество пор, так и их диаметр, и в итоге бетон получается более плотным и прочным. Повышаются также такие его характеристики, как водонепроницаемость и морозостойкость.

Скорость схватывания бетона зависит от температуры воздуха. Так, при температуре около 20°С схватывание начнется примерно через два часа после замеса, а процесс займет около часа. При температуре окружающего воздуха около 0°С схватывание начинается лишь через 6–10 часов после замеса и занимает порядка 15–20 часов. Напротив, при повышенной температуре схватывание происходит очень быстро.

Важно!

Иногда требуется, чтобы схватывание и твердение бетона происходили быстрее. Например, необходимость в этом может возникнуть, если бетонные работы проводятся зимой, при низких температурах (когда, напротив, эти процессы сильно затормаживаются). В этом случае помогают в строительных работах ускорители твердения бетона. Благодаря добавлению ускорителей твердения бетон быстро набирает критическую прочность, после чего ему уже не страшны низкие температуры.

Твердение бетона

После первой стадии — схватывания — наступает черед, собственно, твердения бетона или набора прочности.

В процессе твердения бетона различают два важных момента:

набор критической прочности;
набор распалубочной прочности.

Критическая прочность бетона: что это такое

Критическая прочность бетона особенно важна в зимнее время. После достижения критической прочности бетону уже не страшны морозы. Если бетон замерз до достижения критической прочности, то, хотя после оттаивания он продолжит твердение, в итоге получится менее прочный бетон, чем было запроектировано.

Какую прочность считать критической, определяет проектная документация. Обычно она составляет 30–50%, иногда 70% от расчетной.

Распалубочная прочность

Распалубочной прочностью называют такую прочность, при достижении которой можно снимать опалубку. Она бывает разной для разных типов конструкций и обычно составляет не менее 50%, но, в основном, 70–80% от расчетной прочности.

Скорость набора бетоном распалубочной прочности играет важную роль, поскольку быстрый набор распалубочной прочности ускоряет оборот оборудования и увеличивает темпы строительства.

От чего зависит набор прочности бетона

На твердение бетона оказывают влияние многие факторы.

Цемент

Состав, активность, свежесть цемента напрямую влияют на набор прочности:

Активность цемента. Активностью называется предел прочности цементных образцов на сжатие в возрасте 4 недель. Для набора прочности имеет значение тонкость помола и гранулометрия. Мелкие частицы быстрее смачиваются водой и способствуют быстрому твердению, а частицы средней фракции влияют на прочность, которая будет набрана к концу 4-й недели. Крупно смолотый цемент хуже вовлекается в реакции гидратации, и даже в готовом бетоне остаются непрореагировавшие с водой цементные зерна, что, конечно, плохо отражается на прочности готового бетонного камня.
Свежесть цемента. Цемент, каким бы качественным он ни был, при хранении очень быстро теряет свои характеристики, особенно, если материал хранился открытым при высокой влажности воздуха. В этом случае уже через 3 месяца прочность снижается для суточных образцов на 62%, а для образцов в возрасте 28 суток — на 23%. Интересно, что добавление пластификатора в таком случае позволяет получать качественный бетон даже из лежалого цемента.
Химический состав клинкера и примеси, которые могут увеличивать или уменьшать активность того или иного типа цемента.

Водоцементное соотношение

Цемент и вода в бетонной смеси находятся в определенном соотношении, и выдержать правильную пропорцию очень важно.

Для определенного количества цемента нужно определенное количество воды, а именно, отношение воды к цементу должно равняться 0,3. В этом случае воды достаточно, чтобы весь цемент вступил в реакцию, и не было излишков свободной воды. Однако в этом случае получается очень жесткая бетонная смесь, с которой практически невозможно работать. Поэтому обычно берут водоцементное соотношение 0,45–0,55. Но, если в стремлении сделать смесь более подвижной и удобоукладываемой, добавляют слишком много воды, она остается в непрореагировавшем состоянии, испаряется и оставляет в бетоне поры, которые в итоге негативно влияют на его прочность.

Вот почему для увеличения подвижности и удобоукладываемости бетонной смеси используют специальные добавки — пластификаторы. Добавление пластификатора позволяет экономить цемент, воду и при этом получать качественный прочный бетон (при меньшем количестве цемента в смеси бетон с пластификатором сохраняет запроектированную прочность).

Говоря о подвижности смеси, нужно упомянуть и методы ее уплотнения, которые напрямую влияют на набор прочности. Если бетонная смесь не относится к «самоуплотняющимся», она требует уплотнения виброобработкой или другими методами. В противном случае в бетоне остаются полости и раковины, снижающие его прочность.

Зависимость набора прочности от температуры и влажности воздуха

Заметное влияние на набор прочности бетона оказывают температура и влажность окружающего воздуха.

Оптимальными являются следующие показатели:

температура воздуха 18–20°С;
влажность воздуха около 100%.

Как было рассмотрено выше, большое значение для процесса набора прочности имеет вода. Именно она обеспечивает реакции гидратации, приводящие к образованию прочной кристаллической структуры бетона. При слишком низкой температуре (ниже 0°С) вода, которая еще не успела прореагировать с цементом, замерзает. Реакции гидратации прекращаются, а замерзшая вода увеличивается в объеме, провоцируя появление микротрещин, снижающих прочность бетона. При слишком высокой температуре воздуха либо слишком низкой влажности воздуха бетонная смесь быстро и неравномерно пересыхает, что в итоге также приводит к замедлению или прекращению реакций гидратации.

Поэтому уход за бетоном после укладки, особенно, если условия далеки от оптимальных, необходим.

В случае слишком высокой температуры и низкой влажности воздуха бетон поливают водой и накрывают пленкой, чтобы удержать влагу.

При бетонировании в условиях низких температур используют целый спектр мероприятий (по отдельности или в комплексе), которые можно разделить на три основные группы:

Сохранение естественного тепла, которое выделяется во время реакций гидратации (эффективно для массивных конструкций с малой площадью охлаждения). При этом бетон замешивается на теплой воде и заполнителях и после укладки укрывается теплоизолирующими материалами.
Обогрев уложенного бетона при помощи электродов, инфракрасного излучения и других методов.
Применение противоморозных добавок.

Из всех этих методов наиболее передовым можно считать именно применение противоморозных добавок, которые можно комбинировать с методом термоса или прогревающими мероприятиями.

В отличие от обогревающих и прогревающих мероприятий, противоморозные добавки позволяют вести бетонные работы при очень низких (–20°С) температурах без ущерба для прочности готового изделия. Они часто сочетают свойства пластификатора и ускорителя твердения бетона, позволяя экономить цемент и получать удобную в работе бетонную смесь.

Набор прочности бетона зависит от состава бетонной смеси, пропорций, метода замеса и укладки, а также ухода за уложенным бетоном. Применение специальных добавок позволяет управлять этим процессом и получать предсказуемые результаты. Немаловажен тот факт, что экономическая выгода от применения добавок значительно превышает затраты на них. К примеру, экономия средств при масштабном строительстве благодаря применению пластификатора может оставлять сотни тысяч рублей. Учитывая, что применение добавок позволяет гарантированно получить нужный результат, нет никаких сомнений в целесообразности применения современных добавок.

Читайте также: