Что такое прочность бетона

Обновлено: 18.04.2024

Прочность бетона – важнейшая характеристика, от которой во многом зависят надежность и долговечность бетонной или железобетонной конструкции. Эта величина равна максимальному усилию на сжатие, которое бетонный элемент способен выдержать без разрушения. Характеризуется маркой или классом.

Определение прочности может проводиться с помощью лабораторных испытаний на сжатие (для определения качества бетонной смеси) или прямо на объекте способами неразрушающего и разрушающего контроля.

Факторы, влияющие на прочность бетона

При лабораторных испытаниях основными параметрами, влияющими на прочностные характеристики, являются свойства цемента, песка и щебня, технология производства бетонной смеси. Испытания застывшего бетона непосредственно на объекте могут дать результаты, отличающиеся от полученных в лаборатории, поскольку на прочность дополнительно влияют:

способ доставки пластичной бетонной смеси на стройплощадку;
способ заливки в опалубку, качество уплотнения;
геометрия конструкции;
температурно-влажностные условия набора прочности смеси.

Какие параметры могут ухудшить прочность материала:

Доставка пластичного материала в транспорте, в котором не обеспечиваются нормативные условия перевозки или в специализированном транспорте с превышением допустимого времени нахождения пластичного продукта в пути. Некорректная перевозка провоцирует расслоение или потерю пластичности смеси.
Отсутствие трамбовки после заливки. Без уплотнения в смеси остаются воздушные пузыри, которые снижают прочностные характеристики застывшего бетона.
Температурные условия, не соответствующие нормативам, сильный ветер. Опасными являются слишком низкие и повышенные температуры, пересушивание.

Лабораторные испытания контрольных образцов бетона на сжатие

Определение прочностных характеристик бетона по контрольным образцам в лабораторных условиях регламентируется ГОСТом 10180-2012. Для испытаний на сжатие используют образцы в форме куба или цилиндра. Минимальный размер стороны куба и диаметр цилиндра зависят от фракции щебня.

Таблица зависимости минимально допустимого размера стороны образца от максимальной фракции щебня

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 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.

Один из самых часто применяемых материалов в строительных работах — бетон.

Причин такой популярности немало: это доступный материал, высокопрочный и долговечный в эксплуатации, которому можно придавать задуманную форму.

Но бетон бывает разный.

Виды бетона могут различаться по прочности, водонепроницаемости, устойчивости к морозу и другим характеристикам. В зависимости от свойств, тот или иной вид бетона может подходить для производства определенных изделий. Чтобы ориентироваться в разновидностях бетона и иметь возможность выбрать тот, что соответствует целям, были разработаны системы классификации бетона.

Неправильный выбор бетона может привести к катастрофическим последствиям: преждевременному разрушению конструкций, появлению трещин, намоканию, заражению грибками и плесенью, поэтому нужно ответственно и серьезно подходить к подбору строительных материалов.

Поскольку основное качество бетона — его прочность, основная классификация бетонов — классификация по прочности на сжатие.

От чего зависит прочность?

Бетон изготавливают путем смешивания цемента с водой. В состав добавляются крупные и мелкие заполнители: щебень, гравий, песок.

Портландцемент — вяжущее вещество водного твердения. Смешанный с водой, он не просто высыхает; в растворе протекают реакции гидратации, в результате которых образуются новые кристаллические соединения.

Поэтому главный компонент бетона, от которого зависит его прочность, — цемент.

Прочностные характеристики бетона зависят, прежде всего, от марки цемента, а также от процентного соотношения его в растворе.

Кроме того, на этот показатель влияют:

качественные характеристики заполнителей (чистота, фракция);
водоцементное соотношение в растворе;
тщательность смешивания;
качество укладки бетонной смеси, наличие соответствующей обработки и уплотнения;
условия окружающей среды (температура, влажность) и правильный уход за уложенным бетоном.

Важно!

Оптимальными для набора прочности бетона являются температура воздуха +18—20° С и высокая влажность. Если условия отличаются от нормы, применяются специальные меры, призванные создать оптимальные условия отвердевания. Расчетная прочность достигается через 28 суток твердения.

Классы или марки бетона: в чем разница?

В классификации, распространенной в СССР, бетоны подразделялись по прочности на сжатие на марки так же, как цементы.

Позже Россия перешла на европейские стандарты, и бетон стал подразделяться на классы, которые маркируются буквой «В» и числовым показателем, обозначающим предельную прочность на сжатие в МПа.

Для определения класса прочности бетона изготавливаются кубические образцы с размером ребра 150 мм. После твердения в течение 28 суток с соблюдением требований ГОСТ 10180-90 образцы подвергают испытанию давлением и измеряют предельное сжатие в МПа, которое выдерживает образец без разрушения.

Таким образом, класс бетона можно считать более точной характеристикой, но на сегодняшний день многие строители все еще пользуются привычными марками.

Таблица соответствия классов и марок бетона

Другие методы испытания

Для проведения испытаний используются кубические и цилиндрические образцы или призмы, отлитые из бетона.

В испытательных машинах проводятся следующие виды испытаний:

прочности на растяжение при изгибе;
на растяжение при раскалывании;
на осевое растяжение (в разрывной машине).

Измеряются и другие характеристики готового бетона.

Удобоукладываемость

Вернемся к водоцементному соотношению цементных растворов.

Чтобы обеспечить реакции гидратации, достаточно в/ц, равного 0,3. Но бетон с водоцементным соотношением ниже 0,45—0,55 неудобен в работе, поскольку очень тяжелый, густой, не растекается и требует значительных усилий по уплотнению в опалубке.

Таблица марок бетона по удобоукладываемости

Из-за того, что густой раствор сложно уплотнить, в готовых изделиях могут оставаться полости, что отрицательно влияет на прочность изделия.

Существуют два возможных выхода из ситуации:

разбавить смесь водой;
добавить пластификатор.

Изменение водоцементного соотношения в сторону увеличения количества воды увеличивает удобоукладываемость смеси, но при этом страдает прочность готовых изделий. Эта закономерность отражена в таблице.

Таблица зависимости класса бетона от количества воды в растворе

Применение пластификаторов позволяет повысить пластичность и получить самоуплотняющиеся растворы без потери прочности. Благодаря тому, что смесь становится более подвижной, она хорошо растекается, заполняя опалубку даже сложной конфигурации и уплотняется. В смеси, содержащей в своем составе пластификатор, уменьшается количество и диаметр пор, что благоприятно сказывается на всех свойствах готового изделия.

Современные пластификаторы не только повышают пластичность смеси на 1—4 пункта, но и увеличивают прочность, водостойкость, морозоустойчивость готовых изделий; продлевают срок «жизни» раствора, предотвращают его расслаивание; позволяют экономить воду и цемент.

Подвижность бетона обозначается буквой «П» с числовым показателем от 1 до 5:

П1 — малоподвижные смеси. Применяются для монолитных конструкций. Уплотнение смеси обязательно.
П2 и П3 — универсальные смеси, подходящие для большинства конструкций. Требуется уплотнение.
П4 подходит для армированных конструкций, может применяться без уплотнения.
П5 — литьевые или текучие смеси, подходящие для густоармированных конструкций.

Применение пластификатора позволяет повысить удобоукладываемость смеси без увеличения количества воды.

Для испытания подвижности бетона используют испытание с конусом Абрамса (испытание бетона на осадку).

В металлический конус тремя слоями укладывается бетонный раствор, и каждый слой уплотняется штыкованием. В течение 3 минут конус снимают и тут же измеряют высоту бетонного конуса; затем сравнивают его с высотой конуса Абрамса. Марка бетонной смеси по подвижности определяется по осадке конуса.

Морозостойкость бетона

В условиях сурового климата и даже просто в климатических зонах, для которых характерны смена времен года и выраженная холодная зима, большое значение имеет устойчивость сооружений к низким температурам. В этих случаях в строительстве применяются бетоны с повышенными характеристиками устойчивости к воздействию отрицательных температур.

Морозостойкостью бетона называют его способность выдерживать повторяющееся замерзание и оттаивание.

В соответствии с требованиями ГОСТ 10060.0-95, изготавливаются базовые образцы для подвергания замораживанию. Они должны соответствовать образцам для испытания на прочность.

После достижения проектного возраста образцы подвергают замораживанию при –130°С и оттаиванию при +180° С, затем измеряют прочность.

Если образец не потерял прочности при определенном количестве циклов замораживания и оттаивания, значит, он соответствует марке по морозостойкости.

Марку по морозоустойчивости принято обозначать буквой «F» и числом, которое показывает количество циклов замораживания и оттаивания:

до F50 — низкий класс морозостойкости;
F50—F150 — нормальный класс морозостойкости, применяется на всей территории России, срок эксплуатации конструкций до 100 лет;
F150—F300 — класс повышенной морозостойкости, применяется в условиях сурового климата;
F300—F500 — класс высокой морозостойкости, применяется в условиях повышенной влажности и промерзания грунта;
F500—F1000 — крайне высокая морозостойкость.

Важно!

Морозостойкость бетона напрямую зависит от плотности, отсутствия трещин и крупных пор, а также от его водостойкости, поэтому добавление пластификаторов в раствор существенно повышает этот показатель.

Водонепроницаемость бетона

Водонепроницаемостью называется свойство бетона не пропускать воду под давлением.

Почему бетон пропускает воду?

Несмотря на то что внешне бетон выглядит однородным, его структура имеет капилляры и поры, в которые проникают воздух и вода. Чем плотнее бетон, чем меньше его поры, тем он более водостойкий. Таким образом, прочность, водонепроницаемость и морозоустойчивость бетона прямо пропорциональны друг другу.

Таблица свойств бетона

Водонепроницаемость имеет значение при эксплуатации конструкций в условиях повышенной влажности; также от нее зависит морозостойкость бетона.

В соответствии с ГОСТ 12730.5-84, водонепроницаемость определяется следующими методами:

по «мокрому пятну» (измеряется давление, при котором в образец проникает вода);
по коэффициенту фильтрации;
по воздухопроницаемости (ускоренный метод).

На практике чаще применяют ускоренные методы.

Важно!

Водонепроницаемость бетона увеличивается с возрастом.

Водонепроницаемость бетона обозначается буквой W и числовым показателем от 2 до 20.

Для повышения водонепроницаемости бетона практикуются следующие мероприятия:

применение глиноземистого цемента, который позволяет получать более плотный бетон;
добавление сульфатов железа или алюминия в смесь;
использование пластификаторов с одновременным снижением водоцементного соотношения;
введение в бетонную смесь гидроизоляционных добавок.

Сфера применения бетона в зависимости от класса:

В7,5 — легкие бетоны, находят применение в основном при подготовительных работах;
В12,5 применяется для стяжек, бетонирования дорожек, заливки фундаментов небольших сооружений;
В15 — широко распространенный класс бетона, используется для строительства зданий не выше 2 этажей;
В20 — для лестниц, ленточных фундаментов, ненагруженных перекрытий;
В22,5 — материал с высокой водонепроницаемостью и морозостойкостью, используется для дорожек, фундаментов зданий, лестничных площадок, монолитных стен;
В25 используется для изготовления железобетонных изделий, фундаментов, монолитных стен, бассейнов;
В30 применяется для изготовления мостовых конструкций и гидротехнических сооружений;
В35 находит применение при изготовлении дамб, гидротехнических конструкций;
В40 применяется для изготовления конструкций со специальными требованиями (мосты, хранилища, метро, плотины).

Видео: Классы и марки бетона. В чем разница?

Прочность, водоустойчивость и морозостойкость бетона прямо пропорциональны друг другу и зависят, в числе прочего, от его пластичности и подвижности. Но подвижность бетона, если она достигается путем повышения водоцементного соотношения, снижает его прочность. Лучшее решение для достижения оптимальных характеристик бетона — использование специальных добавок для бетона.

Прочность бетона – одна из важнейших характеристик этого строительного материала. Бетон лучше всего сопротивляется усилиям на сжатие. Поэтому проектирование осуществляется таким образом, чтобы на конструкцию действовали в основном силы сжатия. Если конструкция будет испытывать усилия на растяжение и изгиб, то при расчете проекта учитывают прочность на растягивающие усилия и растяжение при изгибе.

Характеристики прочности бетона

Порочность бетона на сжатие характеризуют марка или класс прочности, которые определяются в стандартном варианте в возрасте 28 суток. В зависимости от эксплуатационных особенностей строительной конструкции, момент определения прочности материала на сжатие может устанавливаться индивидуально. Это могут быть 3,7, 60, 90, 180 суток.

Определение! Класс прочности характеризует гарантированную прочность строительного материала, выраженную в МПа, с обеспеченностью 95%. Маркой называют нормируемое значение средней прочности бетона. Единица измерения – кгс/см 2 .

В проекте на строительную конструкцию пользуются понятием класса прочности и только в особых случаях – марки.

Таблица зависимости между классами и марками бетонов

Технологические факторы, влияющие на прочность бетона

Прочность бетона зависит от ряда факторов, среди которых:

Активность цемента. Между прочностными характеристиками бетонного продукта и активностью вяжущего существует линейная зависимость. Чем выше активность, тем лучше прочностные показатели.
Количество вяжущего. Повышение содержания вяжущего положительно влияет на прочностные характеристики только до определенного процентного содержания. Выше – прочностные показатели растут незначительно, а другие технические параметры ухудшаются – растут усадка и ползучесть.
Водоцементное соотношение. Оптимальная величина определяется необходимой маркой удобоукладываемости. Обычно в смеси содержится 40-70% воды. Превышение оптимального количества жидкости инициирует образование пор, снижающих прочность конечного продукта.
Гранулометрический и минералогический состав заполнителей. На прочность бетонного продукта отрицательно влияют: неоптимальный состав мелкого и крупного заполнителей, наличие в них пылевидных и глинистых частиц.
Качество воды. Вода, используемая для затворения смеси, берется из водопровода питьевого назначения или проверяется в лаборатории на присутствие в ней примесей, отрицательно влияющих на качество конечного продукта.
Вибрирование бетонной смеси при укладке. При вибрировании из смеси выходит лишний воздух, снижающий прочностные характеристики. Однако излишнее вибрирование приводит к расслаиванию смеси.
Соблюдение оптимальных условий твердения.

Способы определения прочности

ГОСТ 10180-2012 регламентирует правила подготовки образцов и проведения испытаний прочности на сжатие в лабораторных условиях

В соответствии со стандартом образцами могут быть:

куб с длиной ребра 100, 150, 200, 250, 300 мм;
цилиндр с диаметром основания 100, 150, 200, 250, 300 мм, высотой не менее диаметра основания.

Образцы изготавливают с соблюдением условий, соответствующих реальным условиям твердения смеси. Твердение продукта может происходить в нормальных условиях или с использованием тепловой обработки. Испытания проводят на испытательной машине-прессе. Образец нагружают со стабильной скоростью нарастания усилия до его разрушения.

Существуют неразрушающие способы контроля прочности бетона, позволяющие контролировать этот параметр в уже готовой конструкции:

Механические. Эти испытательные технологии основаны на показаниях приборов. Основные методы – упругий отскок, ударный импульс, отрыв, скалывание, отрыв со скалыванием.
Ультразвуковой. Основой этого способа является зависимость скорости прохождения ультразвуковых волн через материал от его прочностных характеристик. Технология востребована для определения прочностных характеристик длинномерных строительных конструкций – ригелей, колонн, балок.

Области применения бетона различных классов прочности

В7,5. Такие бетоны содержат малое количество вяжущего и относятся к категории «тощих». Применяются в основном при проведении подготовительных строительных работ. С их помощью изготавливают подбетонки, на которых устраивается железобетонный фундамент. Такой подготовительный бетонный слой не допускает протекания цементного молочка из фундаментной бетонной смеси в грунт.
В10-В12,5. Такие материалы также обладают невысокой прочностью. Применяются для устройства подбетонного слоя, тонкослойных стяжек, фундаментов легких строительных конструкций.
В15-В20. Бетонные смеси этих классов прочности востребованы в малоэтажном индивидуальном строительстве при возведении небольших строений, для устройства внутренних перегородок, лестничных маршей.
В22,5. Широко востребованы в малоэтажном жилом и промышленном строительстве, при производстве ЖБИ.
В25-В22,7. Применяются при сооружении высоконагружаемых строительных конструкций – несущих балок, плит, колонн в многоэтажных зданиях.
В30 и выше. Такие бетоны, обладающие высокой прочностью, применяют в промышленном строительстве и для сооружения объектов высокой опасности и ответственности. Из-за высокой схватываемости применяются с добавками, регулирующими скорость твердения смеси.

Строитель с 20-летним стажем
Эксперт завода «Молодой Ударник»

В 1998 году окончил СПбГПУ, учился на кафедре гражданского строительства и прикладной экологии.

Занимается разработкой и внедрением мероприятий по предупреждению выпуска низкокачественной продукции.

Разрабатывает предложения по совершенствованию производства бетона и строительных растворов.

Прочность бетона – это техническая характеристика, определяющая его способность противостоять механическому и химическому воздействию.

Для чего нужно знать прочность бетона?

Практически при любом строительстве, будь то жилые здания, или хозяйственные постройки, используется бетон. В зависимости от вида и этапа строительства, требования, предъявляемые к строительным материалам, могут существенно изменяться. Так, например, для заливки фундаментов и возведения стен используются различные марки бетона. Марка бетона в свою очередь определяется его прочностью.
Прочность бетона – это наиболее важная характеристика, определяющая свойства и эксплуатационные качества бетонных конструкций и элементов строительных сооружений.

Знание показателей прочности бетона позволит избежать многих нежелательных последствий для строительных сооружений. Например, использование бетона, имеющего недостаточный уровень прочности, может привести к снижению эксплуатационных качеств постройки, появлению трещин, преждевременному разрушению и досрочному выходу здания из строя.
Определение прочности бетона является также обязательной процедурой для застройщиков перед сдачей здания в эксплуатацию.

Как определяется прочность бетона?

Прочность бетона определяется в лабораторных условиях при помощи специальных приборов на отобранных пробах и контрольных образцах. Все испытания регламентируются строительными ГОСТами, принятыми для определенного вида бетона.
Прочность бетона также можно определить непосредственно в процессе строительства на строительной площадке. Подобные испытания проводятся для контроля качества возведенных элементов сооружения.

Существует несколько методов определения прочности бетона. В зависимости от характера воздействия различают следующие способы:

Разрушающие методы предполагают разрушение образца, изготовленного из контрольной пробы бетонной смеси, а также взятого из бетонной поверхности при помощи алмазного бура.

При этом методе исследования происходит раздавливание кубиков или выпиленных цилиндров бетона под испытательным прессом. Нагрузка увеличивается непрерывно и равномерно до момента разрушения контрольного образца. Полученная в результате цифра критической нагрузки фиксируется и по ней происходит дальнейший расчет прочности бетона.

Разрушающий метод считается наиболее точным для определения прочности бетона. Обследование здания методом раздавливания бетонных проб, определяет прочность бетона на сжатие. Согласно действующим в настоящее время СНиПам, он является обязательным перед сдачей здания в эксплуатацию.

Неразрушающие методы не требуют получения образцов и их последующего разрушения. Испытания проводятся при помощи различных приборов и инструментов.

В зависимости от используемых приспособлений различают следующие неразрушающие методы исследований:

частичного разрушения;
ударного воздействия;
ультразвукового обследования.

Метод частичного разрушения основан на местном воздействии на бетонную поверхность и приводит к незначительному ее повреждению.

Различают следующие методы частичного разрушения:

на отрыв;
скалыванием;
отрыв со скалыванием.

Метод отрыва состоит в закреплении на участке бетонной поверхности металлического диска при помощи специального клея и последующего его отрыва. Усилие, необходимое для разрушения бетона при подобном методе фиксируется и используется в дальнейших вычислениях прочности.
Метод скалывания заключается в механическом воздействии скользящего характера на ребро конструкции и регистрации усилия, при котором происходит откалывание его участка.

Метод отрыва со скалыванием характеризуется большей точностью, по сравнению с остальными методами частичного разрушения. Суть его состоит в закреплении на участке бетонной конструкции анкерных устройств и последующего их отрыва от поверхности.
Методы ударного воздействия основаны на применении к бетонной поверхности силового воздействия ударного типа.

Различают 3 метода определения прочности ударом:

метод ударного импульса;
упругого отскока;
пластической деформации.

Метод ударного импульса достаточно прост в использовании и состоит в регистрации силы удара и возникающей при этом энергии.

Метод упругого отскока не менее прост и заключается в определении величины отскока бойка ударника от бетонной поверхности.

Метод пластической деформации состоит в силовом воздействии на исследуемую область приборов с закрепленными на их ударной поверхности штампов шарикового или дискового типа. По глубине полученных в результате удара или давления отпечатков определяется прочность бетона.

Метод ультразвукового обследования подразумевает использование прибора, испускающего ультразвуковые волны. При этом определяется скорость ультразвука, проходящего сквозь бетонную конструкцию. Преимущество подобного метода – в возможности исследования не только поверхности бетона, но и его глубинных слоев. Недостаток – в большом проценте погрешности при расчетах.

От чего зависит прочность бетона?

В результате химических процессов, происходящих при взаимодействии бетонной смеси с водой прочность бетона в процессе его застывания увеличивается. Под влиянием различных факторов скорость химических реакций может замедляться и ускоряться. От этого же будет зависеть показатель прочности бетона.

Выделяют следующие основные факторы, влияющие на прочность бетона:

активность цемента;
процентное содержание цемента;
соотношение цемента и воды в растворе;
технические характеристики и качество наполнителей;
качество смешивания составляющих бетонной смеси;
степень уплотнения;
время, затраченное на застывание раствора;
внешние условия (температура воздуха и влажность среды);
применение повторного вибрирования.

Наиболее важным фактором, определяющим прочность бетона, является активность цемента. Выяснена и определена прямая зависимость между активностью цемента и прочностью бетона. Чем выше активность, тем более прочными получаются бетонные изделия и наоборот, чем она ниже, тем меньше прочность и качество бетона.

Процентное содержание цемента не менее важная величина, определяющая показатели прочности. Увеличение количества цемента в смеси ведет к повышению прочности бетонных конструкций. Уменьшение – к ее снижению. При этом существует следующая закономерность: увеличение прочности происходит лишь до определенного момента. В дальнейшем показатели прочности бетона возрастают незначительно, а вот его нежелательные качества – усадка и ползучесть, увеличиваются.

Соотношение цемента и воды влияет на прочность вследствие физических особенностей застывающей бетонной смеси. Одной из них является способность бетона связывать лишь 15-25% входящей в его состав воды. В бетонном же растворе, как правило, присутствует от 40 до 70% воды, необходимой для облегчения укладывания бетона в форму. Излишек воды приводит к образованию пор в толще бетона, что ведет к снижению его прочности. Отсюда вытекает следующая закономерность: при возрастании величины водоцементного соотношения В/Ц, прочность бетона уменьшается, а при ее уменьшении – увеличивается.

Качество и свойства наполнителей также играют немалую роль в формировании прочности бетона. Наличие органических и глинистых веществ, использование мелкофракционных наполнителей, приводит к снижению прочности. Крупные фракции имеют лучшее сцепление с цементным связующим, и их использование увеличивает прочность бетона.

Качество смешивания и применение вибрирования влияет на степень уплотнения бетонного раствора. От плотности бетона зависит его прочность. Чем плотнее улеглись частицы бетонного состава, тем выше будет прочность бетона.

Внешние условия и время отвердевания бетона – еще один из факторов, определяющих показатели его прочности. Наиболее благоприятной считается температура от 15 до 20С0. Влажность воздуха при этом должна составлять от 90 до 100%. При таких параметрах среды происходит быстрое возрастание прочности бетона и увеличивается время его отвердевания. С течением времени, показатель прочности увеличивается. Его рост прекращается лишь после полного высыхания бетона или его замерзания.

Прочность бетона через 7 суток и 28 дней

Изменение прочности бетона с течением времени происходит по следующей логарифмической зависимости:
Rb(n) = Rb(28) lgn / lg28, где Rb – прочность бетона, n-количество дней, а lg-десятичный логарифм возраста бетона.
Расчет прочности по формуле дает лишь приблизительные показатели прочности. Важно учесть также, что подобным образом можно определить прочность бетона начиная с 3-х дневного возраста.

Прочность бетона по маркам

Марка бетона указывает предел его прочности на сжатие и выражается в кгс/см2 (килограмм-силы на см2). Обозначается она буквой М, а цифра после буквы указывает среднее, приблизительное значение прочности.
В строительстве чаще всего используются бетоны следующих марок: М100, М150, М200, М250, М300, М350, М400, М450, М500.

Показатели прочности бетона по маркам:

М100 — показатель прочности равен 98,23 кгс/см2
М150 – от 130,97 до 163,71 кгс/см2
М200 – 196,45 кгс/см2
М250 – 261,93 кгс/см2
М300 – от 294,68 до 327,42 кгс/см2
М350 – от 327,42 до 360,18 кгс/см2
М400 – 392,9 кгс/см2
М450 – 458,39 кгс/см2
М500 – 523,87 кгс/см2

Марка бетона и его прочность зависит от количества цемента, входящего в его состав. Чем больше содержание цемента, тем выше будет марка и наоборот, чем ниже марка, тем меньше цемента содержит бетонная смесь.

Применение бетона в зависимости от его прочности

Наиболее важной характеристикой бетона является его прочность на сжатие, определяемая маркой бетонной смеси. Для каждого вида строительных работ используются свои марки бетона.

Бетон марки М100 – разновидность легких бетонов. Применяется на начальных этапах строительства, для подготовки основания под фундамент, заливкой монолитных стен, перед арматурными работами, а также в дорожном строительстве при устройстве бордюров.

М150 – имеет несколько более высокую прочность, поэтому помимо подготовительных работ, может использоваться для стяжки пола, устройства пешеходных дорог. Возможно его применение в качестве фундамента при строительстве малоэтажных построек. Так же, как и марка М100, является одним из видов легких бетонов.

М200 – наиболее часто используемая в строительстве марка. Обладает достаточно высоким показателем прочности и применяется практически на всех этапах строительных работ. Бетоном, имеющим такую марку, заливают фундаменты, площадки, пешеходные дорожки. Используют его и для устройства лестниц и лестничных пролетов, а также возведения несущих стен. При строительстве дорог, бетоном марки М200 формируют подушку под бордюр.

М250 – охватывает сферу применения предыдущей марки. Однако вследствие более высокой прочности может также применятся в производстве плит для перекрытий при возведении малоэтажных зданий.

М300 – не менее популярная марка в строительстве, чем бетон марки М200. Из него изготавливаются блоки несущих стен, плиты перекрытий, лестницы, заборы. М300 используется для заливки монолитных фундаментов, площадок и в других подобных работах.

М350 – имеет достаточно высокую прочность. Область применения – изготовление фундаментных плит при возведении многоэтажных зданий, плит перекрытий и опорных балок. Используют марку М350 в монолитном строительстве, при изготовлении аэродромных плит, опорных колонн, бассейнов и подобных изделий.

М400 – сфера применения — изготовление ЖБИ, строительство гидротехнических сооружений и зданий, несущих повышенную, по сравнению с жилыми постройками, нагрузку. Это могут быть многоэтажные торгово-развлекательные комплексы, аквапарки и так далее.

М450 – применяется при возведении плотин, строительстве дамб и метро.

М500 – основная сфера применения – гидротехнические сооружения и железобетонные конструкции.

Читайте также: