При проверке строительных конструкций определение прочности бетона осуществляется для выяснения их состояния на текущий момент времени. Фактические показатели после начала эксплуатации обычно не совпадают с проектными параметрами. На них непосредственное влияние оказывают деформационные нагрузки и внешние факторы. В процессе диагностики могут использоваться разные методы.
Базовые термины и определения
Прежде чем рассмотреть основные способы контроля и оценки прочности бетона, рекомендуется ознакомиться с некоторыми понятиями, чтобы в дальнейшем не возникало вопросов. Все термины и определения, необходимые для более четкого понимания темы, представлены ниже.
- Бетон – строительный материал, полученный искусственным путем в результате твердения раствора с вяжущим веществом и наполнителями. В состав смеси для достижения наилучших эксплуатационных качеств могут вводиться дополнительные добавки.
- Прочность – свойство затвердевшего материала воспринимать нагрузки механического характера, не разрушаясь при этом. При эксплуатации конструкции подвергаются сжатию и растяжению, а также другим воздействиям.
- Предел прочности – самое высокое значение оказываемой механической нагрузки, приведенное непосредственно к определенной площади сечения, после достижения которой происходит частичное или полное разрушение материала.
- Разрушающие методы определения прочности бетона – контроль перечисленных параметров путем взятия контрольных образцов, отобранных из тестируемой конструкции по пунктам ГОСТ 28570.
- Неразрушающий контроль – проверка надежности базовых свойств отдельных элементов конструкции без проведения демонтажных работ. При этом способе нет необходимости выводить объект из эксплуатации.
- Участок испытания конструкции – определенная доля объема, длины или площади ограниченных размеров, для которой проводятся испытания на прочностные характеристики.
Для чего производится контроль?
При строительстве жилых зданий, промышленных или коммерческих объектов определение прочности бетона позволяет избежать многих негативных последствий. Материал используется на различных этапах возведения строений в различных целях. В зависимости от типа конструкций, требования к смесям могут существенно меняться. К примеру, для заливки фундаментов и стен применяются разные марки бетона, определяющиеся прочностными характеристиками.
Использование смесей, не отвечающих предъявляющимся требованиям, может приводить к образованию трещин, ухудшению эксплуатационных качеств и преждевременному разрушению конструкции. Исследования часто необходимы для определения возможности дальнейшего использования здания в каких-либо целях.
Таблица прочности бетона: соответствие классов и марок
Строительные растворы подразделяются на категории, при которых учитываются различные параметры. Обычно разбивается прочность бетона в МПа по классам, обозначающимся большой буквой с цифрой. Такая маркировка в профессиональной среде считается наиболее удобной. К примеру, раствор B25 будет иметь прочность 25 МПа.
Что касается марки бетона, то она выражает приблизительное значение в килограммах на квадратный сантиметр. Обозначение производится по тому же принципу. Однако при соотношении показателей нормативный коэффициент вариации может составлять 13,5 процентов.
Для примера предлагается ознакомиться со специальной таблицей прочности бетона, в которой приводятся соответствия между классами и марками смесей.
Класс | Марка | Прочность, кгс/кв. м |
B5 | M75 | 65 |
B10 | M150 | 131 |
B15 | M200 | 196 |
B25 | M350 | 327 |
B35 | M450 | 458 |
Что оказывает влияние на прочность?
При протекании химических процессов происходит застывание бетонной смеси. Вода вступает во взаимодействие с вяжущим веществом. Под влиянием некоторых факторов скорость протекания химической реакции может ускоряться или затормаживаться. От них же в некоторой степени будет зависеть конечная прочность бетона.
К важным факторам следует отнести:
- изначальную активность вяжущего вещества;
- количество воды в составе;
- уровень уплотнения;
- температурный режим и влажность;
- качество смешивания компонентов.
Немаловажную роль играет качество используемых наполнителей. Компоненты с мелкой фракцией и глинистыми веществами приводят к снижению прочности. Крупные частицы имеют лучшую адгезию с вяжущим веществом. Их применение положительно сказывается на показателях прочности.
Классификация методов исследования
При определении прочности бетона в строительных конструкциях приходится решать непростые технические задачи. Развитие теоретических и практических исследований в сфере контроля качества строительных составов привело к появлению многочисленных методов. Каждый из них имеет конкретную сферу применения, а также свои плюсы и минусы.
Если брать способ воздействия непосредственно на испытываемую конструкцию, то можно выделить три основных метода.
- Разрушающий. После проведения контрольных операций образец использовать по назначению невозможно.
- Неразрушающий. Осуществление испытаний не сказывается на эксплуатационных способностях конструкции.
- Локально разрушающий. После проведения специальных мероприятий требуется ремонт сооружения.
Обследование должно производиться только после детального ознакомления с проектно-технической документацией. Получив определенные сведения об используемом составе и технологии изготовления конструкции, можно приступать к работам по определению прочностных качеств.
От каких факторов зависит выбор метода?
Чтобы узнать предел прочности бетона, необходимо сначала определиться с методикой исследования. На ее выбор влияние оказываются следующие факторы:
- состояние строительной смеси;
- доступность тестируемых участков;
- количество собранной информации;
- наличие или отсутствие разнородных слоев в конструкции.
Несмотря на многообразие методик, результаты, полученные разрушающими способами, являются наиболее достоверными, так как при испытаниях измеряется искомый показатель – усилие, прилагаемое при сжатии. Кроме того, тщательно изучается образец, взятый непосредственно из тела конструкции, а не верхняя часть.
Разрушающие методы контроля
Сущность способов заключается в исследовании образцов, полученных выбуриванием или выпиливанием из готовой конструкции. На них оказывается статическая нагрузка с постепенным увеличением скорости роста. В результате удается рассчитать напряжения при приложенных усилиях.
Габариты и форма взятых образцов зависят от типа проводимых испытаний. Они должны отвечать требованиям ГОСТ 10180.
Метод исследования | Форма испытываемых образцов | Размеры элементов в миллиметрах |
Определение показателей прочности бетона на растяжение и сжатие | Куб | Длина ребер фигуры может составлять 100, 150, 200 или 300 мм |
Цилиндр | Для исследования берется образец высотой в два диаметра, один из которых может иметь те же размеры, что и ребра куба. | |
Проверка прочностных показателей на осевое растяжение | Призма, имеющая квадратное сечение | Размеры испытываемого элемента могут быть следующими: 200 х 200 х 800, 100 х 100 х 400 или 200 х 200 х 800 мм. |
Цилиндр | При проведении исследований берутся образцы тех же размеров, что и в случае, указанном выше. | |
Определение прочностных качеств на растяжение при изгибе и осуществлении раскалывания | Призма, имеющая квадратное сечение | В ходе работ берутся образцы следующих размеров: 200 х 200 х 800, 100 х 100 х 400 и 150 х 150 х 600 мм. |
Для определения прочности бетона собираются его пробы посредством выбуривания или выпиливания отдельных частей.
- Места назначаются после предварительного осмотра. Участок испытания конструкции должен находиться на некотором удалении от стыков и краев.
- Оставшиеся канавки после взятия образцов замуровываются мелкозернистым бетоном.
- В процессе выбуривания или выпиливания применяются пилы с алмазными дисками, специальные коронки или подходящий твердосплавный инструмент.
- На участках взятия проб не должно быть арматуры. Если такой вариант не может быть осуществлен, то берется часть бетона с металлическими прутьями сечением до 16 мм для образцов с размерами более 10 см.
- Наличие арматуры недопустимо при исследованиях на осевое растяжение и сжатие. Это негативно сказывается на конечных показателях. Кроме того, прутьев не должно быть в пробах, имеющих форму призмы, при испытаниях на растяжение при изгибе.
- Места извлечения образцов, их количество, а также размеры определяются правилами контроля прочности бетона с учетом пунктов ГОСТ 18105.
Каждая взятая заготовка маркируется и описывается в протоколе. После этого она подвергается тщательной подготовке для дальнейших испытаний. Все образцы должны иметь специальную схему, в которой четко отражена ориентация частей непосредственно в конструкции.
Неразрушающий контроль механическим способом
В основе данного метода лежат градуировочные зависимости. Они базируются на косвенных характеристиках. К таковым относятся:
- показатели отскока бойка непосредственно от бетонной поверхности;
- параметры энергии ударного импульса;
- размеры отпечатков, оставшихся в результате механического воздействия;
- напряжение, приводящее к местному разрушению при отрыве;
- усилие при осуществлении разрыва на ребре конструкции.
В правилах контроля прочности бетона предлагается применять определенный набор измерительных приспособлений при проведении испытаний: штангенциркуль, угловой масштаб, часовой индикатор и некоторые другие инструменты. Количество проводимых испытаний и расстояния между рабочими участками приводятся в таблице.
Применяемый метод исследований | Число проводимых мероприятий | Расстояние в миллиметрах | |
От краев конструкции | Между рабочими зонами | ||
Скалывание ребра | 2 | - | 200 |
Пластическая деформация | 5 | 50 | 30 |
Отрыв | 1 | 50 | Двойной диаметр диска |
Упругий отскок | 5 | 50 | 30 |
Ударный импульс | 10 | 50 | 15 |
Отрыв со скалыванием | 1 | 150 | Глубина выемки, умноженная на 5 |
Вышеуказанные мероприятия должны производиться на участке бетонной конструкции общей площадью 100-600 кв. см. После осуществления основных испытаний данные заносятся в специальный журнал для установки градуировочных зависимостей между косвенными характеристиками и прочностными показателями затвердевшего раствора.
Неразрушающий контроль физическими методами воздействия
К категории таких способов относятся технологии акустического воздействия и проникающих излучений. Они предоставляют возможность судить о качественных характеристиках конструкции по внутренней структуре, так как измеряется скорость распространения волн упругих колебаний непосредственно по испытываемому материалу.
Чаще всего используется прибор для определения прочности бетона ультразвуковым методом. Он позволяет снять показания без оказания механического воздействия на конструкцию. С его помощью измеряется скорость прохождения ультразвуковых волн через слой бетона. При сквозном исследовании датчики могут располагаться с двух сторона, а при поверхностном – с одной.
Контроль с использованием ультразвука считается наиболее информативным и достаточно простым. Он позволяет не только оценить прочностные параметры, но и найти возможные дефекты внутри слоев. Используемый прибор имеет несколько режимов работы, которые представлены в таблице.
Режим | Описание |
Калибровка | Позволяет приспособить прибор к характеристикам бетона. Измеряются поперечные волны внутри затвердевшей смеси, определяются важные параметры, необходимые для снятия качественных образов структуры массива. |
Обзор | Дает возможность произвести быстрое изучение внутреннего строения конструкции. Измеряется толщина, обнаруживаются дефекты или предметы, находящиеся в массиве (арматура, трубы, кабели). |
Сбор | Собираются данные об ультразвуковых исследованиях. Запись производится в различных положениях. Сканирование осуществляется в виде полосы (или особой ленты). |
Просмотр | Применяется для анализа данных на длительном отрезке времени. На экране в данном случае присутствуют все типы изображений. Они могут отображаться по очереди или сразу. |
Ультразвуковой измеритель прочности бетона позволяет проводить многочисленные испытания многократно, осуществляя постоянный контроль изменения параметров. Недостатком считается погрешность при соотношении акустических характеристик с базовыми параметрами.
О затвердевании строительных смесей на основе цемента
Существует прямая зависимость прочности бетона от температуры в процессе застывания. Нормальными условиями принято считать режим от 15 до 20 градусов. С понижением температуры замедляется нарастание прочности. При заморозках затвердевание будет происходить, если в состав были добавлены специальные присадки.
Повышение температуры ускоряет процесс застывания, особенно если влажность является достаточной. Однако нагрев более 85 градусов противопоказан, так как сложно защитить бетонную смесь от пересыхания. Процесс затвердевания можно стимулировать двумя способами. Первый из них заключается в использовании внутреннего тепла, а второй – внешнего.
Об анализе возможных проблем при определении прочности
Используя ультразвуковой измеритель прочности бетона, необходимо особое внимание уделить установлению градуировочных зависимостей. Без них полученные данные не могут считаться доказательными. Для получения более точных результатов придется учесть количество и состав наполнителя, уровень уплотнения, расход цемента и многое другое.
