Расчет прочности бетона на сжатие формула

Обновлено: 28.04.2024

Методы определения прочности по контрольным образцам

Concretes. Methods for strength determination using reference specimens

____________________________________________________________________
Текст Сравнения ГОСТ 10180-2012 с ГОСТ 10180-90 см. по ссылке.
- Примечание изготовителя базы данных.
____________________________________________________________________

Дата введения 2013-07-01

Предисловие

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом бетона и железобетона "НИИЖБ" - филиалом ФГУП "НИЦ "Строительство"

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и оценке соответствия в строительстве (приложение Д к протоколу от 4 июня 2012 г. N 40)

За принятие стандарта проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа государственного управления строительством

Государственный комитет градостроительства и архитектуры

Министерство архитектуры и строительства

Агентство по делам строительства и жилищно-коммунального хозяйства

Министерство строительства и регионального развития

Министерство регионального развития

Агентство по строительству и архитектуре при Правительстве

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2012 г. N 2071-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 10180-2012 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2013 г.

5 Настоящий стандарт соответствует основным нормативным положениям в части изготовления и испытания образцов бетона, приведенным в следующих европейских региональных стандартах:

Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

EN 12390-1:2009 "Испытание затвердевшего бетона. Часть 1: Форма, размеры и другие требования к испытуемым образцам и формам" ("Testing hardened concrete - Part 1: Shape, dimensions and other requirements of specimens and moulds", NEQ);

EN 12390-2:2009 "Испытание затвердевшего бетона. Часть 2: Изготовление и выдерживание образцов для испытания на прочность" ("Testing hardened concrete - Part 2: Making and curing specimens for strength tests", NEQ);

EN 12390-3:2009 "Испытание затвердевшего бетона. Часть 3: Прочность на сжатие испытуемых образцов" ("Testing hardened concrete - Part 3: Compressive strength of tests specimens", NEQ);

EN 12390-4:2009 "Испытание затвердевшего бетона. Часть 4: Прочность на сжатие. Технические условия для испытательных установок" ("Testing hardened concrete - Part 4: Compressive strength - Specification for testing machines", NEQ);

EN 12390-5:2009 "Испытание затвердевшего бетона. Часть 5: Прочность на растяжение при изгибе испытуемых образцов" ("Testing hardened concrete - Part 5: Flexural strength of tests specimens", NEQ);

EN 12390-6:2009 "Испытание затвердевшего бетона. Часть 6: Прочность испытуемых образцов на растяжение при раскалывании" ("Testing hardened concrete - Part 6: Tensile splitting strength of tests specimens", NEQ).

7 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Июнь 2018 г.

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на бетоны всех видов по ГОСТ 25192, применяемые во всех областях строительства, и устанавливает методы определения предела прочности (далее - прочность) бетонов на сжатие, осевое растяжение, растяжение при раскалывании и растяжение при изгибе путем разрушающих кратковременных статических испытаний специально изготовленных контрольных образцов бетона.

Настоящий стандарт не распространяется на специальные виды бетонов, для которых предусмотрены другие стандартизованные методы определения прочности.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 2.601-2006 Единая система конструкторской документации. Эксплуатационные документы

ГОСТ 8.326-89* Государственная система обеспечения единства измерений. Метрологическая аттестация средств измерений

* В Российской Федерации действуют ПР 50.2.006-94.

Вероятно ошибка оригинала. Следует читать: ПР 50.2.009-94. - Примечание изготовителя базы данных.

ГОСТ 166-89 (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические условия

ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические условия

ГОСТ 3749-77 Угольники поверочные 90°. Технические условия

ГОСТ 577-68 Индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм. Технические условия

ГОСТ 6659-83 Картон обивочный водостойкий. Технические условия

ГОСТ 7473-2010 Смеси бетонные. Технические условия

ГОСТ 7950-77 Картон переплетный. Технические условия

ГОСТ 9542-89 Картон обувной и детали обуви из него. Общие технические условия

ГОСТ 10181-2000 Смеси бетонные. Методы испытаний

ГОСТ 10905-86 Плиты поверочные и разметочные. Технические условия

ГОСТ 12730.1-78 Бетоны. Метод определения плотности

ГОСТ 18105-2010 Бетоны. Правила контроля и оценки прочности

ГОСТ 22685-89 Формы для изготовления контрольных образцов бетона. Технические условия

ГОСТ 24104-2001** Весы лабораторные. Общие технические требования

ГОСТ 25192-2012 Бетоны. Классификация и общие технические требования

ГОСТ 28570-90 Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций

ГОСТ 28840-90 Машины для испытаний материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Сущность методов

Определение прочности бетона состоит в измерении минимальных усилий, разрушающих специально изготовленные контрольные образцы бетона при их статическом нагружении с постоянной скоростью нарастания нагрузки, и последующем вычислении напряжений при этих усилиях.

4 Контрольные образцы

4.1 Форма, размеры и число образцов

4.1.1 Форма и номинальные размеры образцов в зависимости от метода определения прочности бетона должны соответствовать указанным в таблице 1.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Суходоева Н. В., Бабицкий В. В.

Приведены описанные в технической и научной литературе

The analysis of formulas for calculation of compressive concrete strength

The article presents given in the technical and scientific literature formulae for calculation of compressive concrete strength. The comparative analysis of their accuracy is given in the paper.

Текст научной работы на тему «Анализ формул для расчета прочности бетона на сжатие»

Н. В. Суходоева, В. В. Бабицкий, д-р техн. наук, проф.

АНАЛИЗ ФОРМУЛ ДЛЯ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ БЕТОНА НА СЖАТИЕ

Приведены описанные в технической и научной литературе формулы для расчета прочности бетона на сжатие, дан сравнительный анализ их точности.

В основе любой методики проектирования состава бетона лежит расчет предела прочности бетона на сжатие (в дальнейшем - прочность бетона). И от точности формулы для расчета прочности бетона зависят как оптимальный расход компонентов бетонной смеси, в первую очередь вяжущего, так и соответствие всего комплекса фактических параметров бетона проектным значениям.

Проанализируем ряд формул, наиболее широко используемых в настоящее время предприятиями и научными организациями для расчёта прочности бетона с целью выявления наиболее удачного варианта для создания в последующем основы методики проектирования состава бетона.

Основные формулы для расчета

прочности бетона на сжатие

Впервые теоретическое обоснование влияния различных факторов на прочность бетона более века назад дал проф. Военно-инженерной академии И. Г. Ма-люга. Он установил связь между прочностью бетона и отношением количества воды в бетонной смеси к массе сухой смеси цемента и заполнителей. Фактически результатом исследований ученого явилось создание так называемого «закона водоцементного отношения», до сих пор лежащего в основе большинства расчетных формул.

В конце XIX в. Р. Фере предложил формулу [1]

где К - коэффициент, зависящий от активности цемента; С, В - абсолютные объемы цемента и воды; V - объем воздушных пор в единице объема бетона.

Затем Р. Фере несколько видоизменил ее [1], оставив те же влияющие факторы:

Следует отметить правильность предложенного Р. Фере учета (хотя и достаточно сложного) содержания воздуха в бетонной смеси. Эта идея на практическом уровне начала развиваться лишь в настоящее время.

Д. Абрамс предложил формулу для расчета прочности бетона в следующем виде [1]:

где А и В - постоянные, определяемые экспериментально.

М. Боломей представил формулу для расчета прочности бетона не как функцию водоцементного отношения, а цементно-водного [1]:

где К - эмпирический коэффициент, учитывающий влияние заполнителей на прочность бетона; /ц - активность цемента, МПа; Ь - значение цементно-водного отношения в пересечении функции с осью абсцисс.

Профессором Н. М. Беляевым предложена следующая формула [1, 2]:

где А - постоянная, зависящая от вида заполнителей (может быть принята равной 3,5).

Формула М. З. Симонова устанавливает связь прочности бетона с плотностью цементного камня [3]:

Несмотря на то, что все указанные выше формулы, казалось бы, исчерпывающе описывают влияющие факторы, работы в данном разделе бетоноведения продолжились и в последующем.

Проста формула ВНИИЖелезо-бетона [4]:

/ = /, -V 0,45 • Ц - 0,18). (7)

Общеизвестна [5] широко применяемая (по причине ее простоты), вошедшая во многие нормативные и рекомендательные документы, формула:

где А и А1 - эмпирические коэффициенты, учитывающие влияние заполнителей.

Нетрудно убедиться в том, что формулы (8) и (9) являются развитием (с уточнением численных величин влияющих коэффициентов) формулы (4).

Особенность формулы НИИЖБа [6] заключается в том, что она может быть использована для расчета прочности бетона не только нормального твердения (или с получением 70 % отпускной прочности после тепловой обработки):

но и с получением 100 % отпускной прочности после тепловой обработки:

/б =(0,16-/ц + 7)) - 5,6. (11)

Формула Гершберга-Левина [7] учитывает плотность цемента рц в качестве одного из влияющих факторов:

Оригинальна формула В. Н. Шми-гальского [8], отличительной особенностью которой является введение в число влияющих факторов расхода воды В:

А в формуле, предложенной В. И. Соломатовым [9], одним из влияющих факторов является расход цемента Ц:

где Кб - коэффициент, зависящий от вида заполнителей (может быть принят равным 0,6 для тяжелых бетонов и 0,2 для легких).

Формула, предложенная Г. В. Несве-таевым [10], внешне несколько напоминает формулу Н. М. Беляева:

Большой вклад в развитие науки о бетоне внесли и отечественные ученые.

Так, формула И. Н. Ахвердова [11] учитывает свойства цемента и одновременно (посредством коэффициента кп) размеры испытываемых образцов:

где кп - коэффициент, зависящий от размеров испытываемых образцов и коэффициента нормальной густоты цемента; Кнг - коэффициент нормальной густоты цемента (водоцементное отношение цементного теста, соответствующее нормальной густоте цемента); кз - коэффициент, учитывающий вид заполнителя; п х - коэффициент, учитывающий содержание тонкодисперсных фракций в цементе и заполнителе.

Оригинальность формулы, предложенной М. А. Шалимо [6], заключается в том, что прочность бетона связана не с водоцементным отношением бетонной смеси, а с относительным водосодержани-ем цементного теста Х:

где Кк - коэффициент качества цемента, зависящий от нормальной густоты цемента; Кз - коэффициент, учитывающий вид и предельную крупность зерен заполнителя, а также соотношение модулей упругости заполнителя и раствора в бетоне; Х - относительное водосодержание цементного теста (отношение водоцементного отношения цементного теста к коэффициенту нормальной густоты).

Одна из новейших капитальных разработок [12], выполненных под руководством профессора Н. П. Блещика, -многофакторная модель (упрощенная применительно к подбору состава бетона), связывающая прочность бетона с произведением ряда функций, учитывающих влияние разнообразных факторов:

/б = кТО ф/кр.з )'ф(/вяж )х

где кТО - коэффициент, учитывающий

условия твердения бетона; ф(/вяж) -

функция активности вяжущего;

ф(шдК) - функция относительного со-

- функция приведенного це-

функция прочности крупного заполнителя.

Необходимо оговориться, что согласно [12] зависимость предназначена (в случае разрушения по цементному камню) для расчета прочности бетона классов С 35/45 и выше.

В. П. Сизов [13], устраняя недостатки формул (8) и (9), предложил единую формулу, максимально, посредством ряда поправок, учитывающую многочисленные влияющие факторы:

где К1 - коэффициент, зависящий от минералогического состава цемента; К2 - коэффициент, учитывающий уровень производства бетона; А - коэффициент, учитывающий особенности крупного и мелкого заполнителей; ^ДА - поправки к величине коэффи-

циента А, зависящие от удобоукладывае-мости бетонной смеси, нормальной густоты цемента, модуля крупности песка, наибольшей крупности щебня, водоцементного отношения, соотношения прочностей каменной породы и бетона.

В [14] предложены как упрощенный вариант формулы для расчета прочности бетона:

так и развернутый, учитывающий свойства заполнителей согласно заимствованной из (18) функции прочности крупного заполнителя:

Можно отметить, что все приведенные (а также иные подобные, не вошедшие в выборку) формулы имеют один общий недостаток - они ориентированы только на расчет прочности бетона в возрасте 28 суток. Значения же прочности бетона в любом возрасте по ним рассчитаны быть не могут, поскольку в формулы не входит фактор времени как в прямом, так и косвенном виде.

Но существуют иные принципы к подходу расчёта прочностных характеристик бетона. Т. Пауэрс [15] предложил увязывать прочность цементного камня с долей образующегося в процессе гидратации цементного геля в доступном пространстве, то есть в разработанной им зависимости фигурирует степень гидратации цемента, прямо зависящая от времени твердения материала. А. Е. Шейкин [16], основываясь на воззрениях Т. Пауэрса, предложил соответствующую формулу для расчета прочности цементного камня. В [17] сделана попытка связать прочность со степенью гидратации цемента, а также величиной тепловыделения, что в принципе правильно, но не доведено до инженерной стадии расчета. Возможно также

определение прочности по величине контракции системы «цемент - вода» [18], однако и в этом случае необходимо экспериментальное определение первоначального соотношения величины контракции цемента и прочности бетона либо цементного камня. В [19] сделана попытка оценки прочности бетона в зависимости не от водоцементного отношения смеси, а от объемной концентрации цемента в цементном тесте. Отмеченные примеры показывают актуальность и необходимость поиска новых подходов к описанию кинетики прочности.

В [14] представлена формула для расчета прочности бетона, являющаяся развитием некоторых положений В. В. Бабкова [20] и получившая возможность для практического применения благодаря найденному И. Н. Ахвер-довым и В. А. Богданом [21] соответствию водоцементного отношения раствора и нормальной густоты цемента при определении активности вяжущего. Она учитывает не только традиционные факторы (активность цемента /ц и В/Ц), но и физические свойства цемента кц, степень его гидратации а, объем цементного теста в 1 м3 бетона ¥т:

Степень гидратации цемента в проектном возрасте может быть рассчитана (без учета дополнительных влияющих факторов) как функция относительного водосодержания цементного теста [22]:

60 • Х - 3](1,65 • Х)2 • е1,65-х; (23)

И. В. Вольф [23] подверг сомнению общепринятый закон водоцементного отношения и ввел новое понятие - фактор прочности бетона, который определяется соотношением масс химически связанной в процессе гидратации цемента воды и химически не связанной:

где К - относительный показатель использования активности цемента в бетоне (рекомендуется принимать в пределах от 0,8 до 1,2); Вх.с. - вода, химически связанная цементом при гидратации, кг; Вн.с. - вода, не связанная химически при гидратации цемента (поровая), кг.

Масса химически связанной воды определяется относительным количеством химически связанной воды от массы цемента Жх.с. и расходом цемента Ц на 1 м бетона:

Масса же химически не связанной воды определяется разностью расхода воды, идущей на затворение бетонной смеси В, и массы химически связанной воды:

Автор формулы (25) указывает на то, что прямое определение степени гидратации цемента весьма сложно, поэтому величину Жх.с. рекомендует принимать (из условия обеспечения максимального значения прочности бетона) постоянной и равной 0,2.

Итак, имеется ряд формул для расчета прочности бетона. Какая из них может быть рекомендована для практического применения

Анализ точности формул

Для оценки точности формул были сопоставлены фактические величины прочности бетона с рассчитываемыми по приведенным выше формулам. Фактические величины прочности брались из

24, при этом выборки были нацелены на широкое изменение величин водоцементного отношения, активности и расхода цемента, прочности крупного заполнителя. Всего фактических результатов п было около 500.

Представленные на рис. 1 достаточно хаотические результаты вполне убедительно подтверждают ранее сделанное заключение [2]: «. Многочисленные попытки уточнить зависимость прочности бетона от водоцементного отношения и ряда других факторов не увенчались успехом. Усложнение формул и введение различных поправок не дает желаемого повышения точности технологических расчетов, поскольку вряд ли удастся учесть в этих формулах все факторы, влияющие на прочность бетона .».

Для количественной оценки точности формул произведен статистический анализ. Естественно, более точна та формула, для которой сумма отклонений фактической величины прочности бетона от рассчитанной минимальна. Считалось, что точность той либо иной формулы тем выше, чем меньше коэффициент вариации V отклонений единичных значений расчетной прочности бетона _/бр; от фактических /бф

Гистограмма на рис. 2 наглядно отражает эффективность использования той либо иной формулы. Для наглядности на этом же рисунке приведена граница, соответствующая нормативному коэффициенту вариации прочности бетона (13,5 %). Интересно отметить тот несомненный факт, что формулы, полученные еще при основании бетоноведе-ния как науки, вполне удовлетворительно описывают зависимость прочности бетона от влияющих факторов. В то же время отдельные формулы, полученные

уже в период расцвета науки и предназначенные, казалось бы, для уточнения расчетов, весьма далеки от совершенствования. Естественно, авторы данной работы далеки от мысли, что ими проведен исчерпывающий анализ, но определенные

тенденции налицо. Например, точность формул (8) или (9), нашедших весьма широкое применение при проектировании составов бетона на заводах ЖБК, далека от идеала.

Рис. 1. Взаимосвязь прочности бетона, рассчитываемой по различным формулам, с фактической прочностью

(17)(25) (18) (12) (7) (1) (22) (10) (16) (30) (21) Формула

Рис. 2. Точность расчета прочности бетона по различным формулам

Более подробно рассмотрим формулы, содержащие в основе степень гидратации цемента, как более перспективные и позволяющие оценивать промежуточные величины прочности бетона, в частности, формулу И. В. Вольфа.

Как видно из полученных данных, формула (25) характеризуется весьма высоким коэффициентом вариации, что, казалось бы, делает ее бесперспективной. Это объясняется двумя существенными недостатками.

Во-первых, величина относительного количества химически связанной воды, как уже отмечалось, принимается постоянной и равной 0,2 на всем диапазоне водоцементных отношений (рис. 3). На самом же деле это далеко не соответствует теоретическим выкладкам и экспериментальным результатам. Проанализированные нами теоретические и фактические изменения степени гидратации цемента представлены на рис. 3. Наглядно видно,

что зависимость фактической степени гидратации цемента а от водоцементного отношения имеет криволинейный характер, что не было учтено И. В. Вольфом. Если формулу (25) видоизменить и представить как функцию количества химически связанной воды, выраженную через степень гидратации цемента (считая по Т. Пауэрсу, что при полной гидратации цемента химически связанная вода составляет около 23 % от массы цемента), то получим выражение

где степень гидратации цемента может быть рассчитана по формулам (29) или (30).

Рис. 3. Зависимость степени гидратации цемента от водоцементного отношения

Из графика на рис. 2 следует, что точность расчетов (величина коэффициента К принята постоянной и равной 1) по формуле (29), во-первых, существенно выше, чем по классической формуле И. В. Вольфа. И это естественно, поскольку общеизвестно, что количество химически связанной воды

определяется степенью гидратации цемента, а она, в свою очередь, зависит от множества факторов: минералогического состава цемента, вида и количества химических добавок, водоцементного отношения бетонной смеси, условий твердения и возраста бетона и пр.

Во-вторых, выбор коэффициента К в (25) не подкрепляется четкими рекомендациями и произвольно принимается в пределах от 0,8 до 1,2, что предполагает весьма значительные отклонения рассчитываемых значений прочности бетона от фактических. В связи с этим вернемся к графикам на рис. 3 и обратим внимание на то, что в области водоцементных отношений около 0,4 имеет место явный перегиб кривых степени гидратации цемента. Это говорит о том, что соотношение химически связанной и химически не связанной воды не может однозначно описывать функцию прочности бетона на всем диапазоне водоцементных отношений. Поэтому попытаемся коэффициент К принимать в зависимости от В/Ц. Кроме того, введем в формулу (29) показавшую свою эффективность функцию прочности крупного заполнителя:

Одним из главных свойств материала называют прочность бетона при осевом сжатии, растяжении при изгибе затвердевшей смеси. Крепость при сжатии выделяют двух видов: призменную, а также кубиковую. Равным образом долговечность раствора характеризуется классом или маркой. Существует процесс по набору бетоном затвердения, он длится ровно 28 дней. Примерно через 7 суток состав обретает 70% своей окончательной крепости.

Что учитывать и от чего зависит?

Физико-механические свойства находятся под тесным воздействием бетонной структуры, зависящие от смешанности раствора и разнящиеся способами изготовления. А также крепость обусловливается следующими факторами:

интенсивность бетонно-цементного раствора;
содержимое компонентов в процентном количестве;
водоцементные пропорции в составе смеси;
промышленные характеристики;
свойства наполнителей;
уровень перемешивания ингредиентов состава;
часы, потраченные на приобретение раствором твердости;
температурные показатели в атмосфере;
сырость в окружающей среде.

Распределение по маркам и классам

Марка обозначается буквой М, а сопутствующая цифра возле нее определяет среднее примерное значение прочности при сжатии, выражается в кгс/см2. Таблица по показателям прочности:

Марка	Степень прочности, кгс/см2
100	98,2
150	158,6
200	197,4
250	261,90
300	307,40
350	337,42
400	392,8
450	459,29
500	522,77

Марка бетона полностью зависит от количественного соотношения цемента в составе раствора. При этом принято считать, что чем больше количество, тем выше марка и, в обратном порядке.

Грамотно вычислить количество ингредиентов материала можно с помощью специального калькулятора.

Определяют крепость еще и по цементным классам. Их разделяют для легких и тяжелых составов, а также по уровням крупности. Для расчета составов и пропорций применяют формулы, а для быстроты подсчета есть автоматические калькуляторы. Средняя прочность с коэффициентом крепости n = 0,136 и обеспеченностью t = 0,96 зависит от класса и формула для вычисления: Вb = Rb х0,778 или Rb = Вb / 0,778.

Характеристики цемента

Вид	Класс, В
Легкий	10, 12,5, 15, 30, 40
Тяжелый	10, 12,5, 15, 30, 40, 50, 55, 60
Мелкозернистый, крупность < 2,1	40
Мелкозернистый, крупность > 1	30

Нормативные данные

Прочность бетона на растяжение при изгибе, на сжатие и др. определяется ГОСТом 10180—90. К основным контрольным характеристикам состава относят:

Нормативные данные сопротивления (Rbn) с вероятностью 95% и обеспеченностью 0,95 или растяжению (Rbtn).
Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию (смятию). Имеет следующее соотношение, что для первой конечной характеристики обеспеченности Rb составляет — 0,997, а для второй граничное значение Rbser — 0,96.

Как рассчитывать?

Для данного показателя важна и марка цемента, на основе которого производится материал.

Крепость обуславливается многочисленными факторами, но первоочередно зависит от цементной марки Rц и обстоятельств застывания. Учитывая, что качество заполнителей для бетона соответствует запросам, описанным в ГОСТ 10268–80, то прочность материала, зависимая от марки и В/Ц, выражается формулой: Rб = ARц (Ц/В — 0,5), где:

Rб — бетонная крепость за 28 сут., МПа;
А — показатель, зависящий от наполнителей и их качества;
Rц — марка;
Ц/В — соотношение цемента и воды в составе (цифра, противоположная В/Ц).

Динамика набора прочности тяжелого бетона: n = 100 * (lg (n) / lg (28)), где n — день, на который желательно определить крепость цемента (но не меньше 3 дней). При обстоятельствах застывания, отличающихся от обычных, особенно по температурным режимам, нужно знать, что уменьшение температуры способствует торможению твердения, а повышение — ускорению. При показателях 10 градусов по Цельсию, спустя 7 сут. цемент будет иметь крепость 40—50%, а при 5 °C — 31—34%. При отрицательных температурах бетоны без специальных добавок вовсе не крепнут.

Граничная высота сжатой зоны (абсолютная или относительная) — показатель (х) предельной прочности бетона, уже перед разрушением.

Формула для вычисления

Чтобы провести расчет прочности бетона на растяжение при изгибе применяют формулу: Rи = 0,1 • P • L / b • h2, где: L — расстояние между балками; Р — масса суммарной нагрузки и к ней добавляется вес бетона; h — высота и b — ширина балки по сечению. Обозначается сокращенно — Btb, и плюсуют число в диапазоне от 0,4 до 8. Прочность на растяжение высчитывают так: Rbt = 0,233 х R2. Показатели растяжения и изгиба существенно меньше, чем способность бетона выносить нагрузки.

Одним из важных этапов строительства дома является определение прочности бетона, который будет использоваться. Такое исследование необходимо для прогнозирования поведения материала при механических и физических нагрузках. Лаборатория проводит испытания по контрольным образцам, которые отбираются в соответствии рецептурой материала. При этом применяют разрушающие или неразрушающие методы.

Зачем проверять?

Домостроительство — очень ответственное дело. Стройматериалы должны соответствовать всем ГОСТам. Чтобы проверить прочностные показатели бетона проводятся исследования образцов, изготовленных в нужных пропорциях и придерживаясь технологии. Некачественный бетонный кубик не должен крошиться и растрескиваться. Если такие требования не выполняются, то строить из этого материала запрещено. Испытание бетона на прочность показывает, какую нагрузку может выдержать материал. Особенно это важно при многоэтажном строительстве. Так как при использовании одинакового сырья несколько образцов может иметь разную прочность, специалисты используют понятие расчетное сопротивление.

От чего зависит прочность?

Класс бетона В15 и марка М200 обозначает стойкость к сжатию 15 МПа и предел прочности 200 кгс/м2.

При изготовлении бетонных изделий рекомендуется придерживаться всех стандартов и правильной технологии производства. Требуемая прочность бетона приобретается через 1 месяц после заливки. При этом в течение этого времени должен быть обеспечен надлежащий уход. Для ускорения набора необходимых характеристик используют способ пропаривания бетона. Факторы, влияющие на прочность в бетонных конструкциях выделяют такие:

активные свойства вяжущего компонента;
объем воды в растворе и ее качество;
степень уплотнения;
температура и влажность внешней среды;
марка выбранного бетона;
режимы обработки;
однородность смешивания компонентов смеси.

Таблица зависимости класса бетона от прочности:

Подготовка образцов

Лабораторные исследования бетонного изделия проводится на основании подготовленных кубов из этого материала. Главным условием приготовления образцов является замес такого же раствора, как у планируемой конструкции. Изменять марку бетона, добавлять или исключать из состава какие-либо добавки или присадки не допустимо. Раствор заливается в формы и выдерживается 28 дней, при котором достигается максимальная длительная прочность. Для ускорения затвердения используется тепловлажностная обработка или пропарка бетона. Только после этого времен можно начинать проведение физико-механических испытаний на изгиб или растяжение. Готовые изделия не рационально удерживать на заводе до полного затвердения, поэтому их отправляют на продажу, когда ими достигается передаточная прочность бетона (Rbp), составляющая не менее 70% от проектной.

Как определяется?

Для определений характеристики бетона применяется пресс, с помощью которого проводится испытание на сжатие.

Определить прочность бетона можно в лабораторных условиях. Для проведения понадобится пресс и другие средства для механического воздействия на отобранные образцы. Чаще всего испытания бетона на прочность проводятся комплексно и результат делается на основании нескольких методов. Распалубочная прочность бетона позволяет перемещать не полностью застывшие объекты внутри предприятия. Достижение изделием необходимых характеристик сопровождается контролем. При этом измеряется относительная влажность бетона. Проверка предусматривает использовать измеритель влажности — влагомер.

Ориентировочно определит прочность (Рб) можно по формуле, для которой нужно знать марку цемента (Rц) и цементно-водное соотношение (Ц/В). Используемый коэффициент А при нормальном качестве заполнителя равен 0,6. Формула выглядит таким образом:

Неразрушающие методы

Механические

ГОСТ 22690–2015 предусматривает такую классификацию способов проверки:

Методом упругого отскока. Учитывается связь бетонного изделия со значением отскакивания бойка от исследуемой поверхности.
Пластическая деформация. Для измерения прочности изучают глубину и диаметр углубления, образованного при ударе с использованием специального молотка. Определяется поверхностная твердость стройматериала.
Ударный импульс. Сила удара соотносится с видоизменениями бетонной поверхности, что помогает для измерения прочности.

Градуировочная зависимость предусматривает сравнение результатов по нескольким образцам. Ультразвуковые волны требуют изучения не менее 15 объектов, в то время как отрыв со скалыванием всего лишь 3.

Зимнее строительство может привести к замерзанию рабочего материала, поэтому применяются присадки для смеси.

Строительство зимой предусматривает замерзание изделия. Критическая прочность бетона показывает минимальное значение показателя, при котором замораживание не приведет к потере прочностных и других характеристик. Если изделие не достигает этого показателя и замерзает, то это разрушит его. Чтобы предотвратить этот процесс и повысить морозоустойчивость можно добавить присадки для бетона.

Физические

Динамическая прочность бетона обозначает способность выдерживать условие длительных нагрузок с прогрессивной динамикой. Основными способами физических проверок являются такие:

Импульсные. Самым популярным является ультразвуковое испытание, которое основывается на скорости передачи волн по бетонному объекту. Прибор имеет УЗ-датчики, которые помогают определить показатель.
Радиоизотопные. С помощью радиоактивных изотопов определяется плотность стройматериала, а подготовленные зависимости помогут определить прочность ячеистых бетонных изделий.

Разрушающие методы

СНИПом предусмотрено обязательное применение подобных методов исследования. Испытания проводятся с применением заготовленных образцов, извлечения части бетонной конструкции или самостоятельно изготовленных изделий. Отпускная прочность бетона регулируется ГОСТом или документацией производителя, при определении которой учитываются условия транспортировки и хранения изделий. Разрушающий метод контроля включает такие мероприятия:

Испытания на сжатие. Проводится с помощью пресса, между плитами которого устанавливается изготовленный образец. Нижняя часть остается недвижима, а верхняя — сдавливает исследуемый куб до полного разрушения. Результат устанавливается на основании состояния раскола образца, который соответствует нормам, предусмотренных специальной документацией.
Отрыв со скалыванием. Методы заключаются в усилии оторвать от бетонной конструкции кусок бетона либо отколоть с помощью вибро-машинки.

Основной закон прочности определяет зависимость показателя от качества используемого сырья.

Способы исследования бетона разрушающего типа считаются самыми точными, но в то же время трудоемкими. Большинство предприятий, которые не имеют собственной лаборатории проверяют прочностные характеристики материала с помощью неразрушающих методов. Если такие результаты не являются удовлетворительными, то отобранные образцы проверяют в частной компании. Европейские нормы имеют более высокие стандарты.

Когда перед человеком возникает вопрос о покупке бетонной смеси или готового изделия, то в первую очередь он задумывается о качестве продукции, ведь это напрямую связано с безопасностью строительного сооружения.

Определение понятия прочности бетона: марка и класс

Основополагающей характеристикой бетона является его показатель прочности, который выражается в виде класса и марки.

Для выполнения необходимых задач в строительстве пользуются соответствующими классами. Так, для гидросооружений нужен один класс, а при бетонировании фундамента под одноэтажный дом – другой.

Марка бетона «М» выражает усреднённые значения прочности, единицы измерения – кгс/см 2 , класс бетона обозначается литерой «В» и выражается в МПа. Разница между этими двумя понятиями выражается не только в виде буквы и единицы измерения.

Главное отличие заключается в том, что марка указывает на среднюю величину предела прочности, а класс – на точные значения, расхождение составляет меньше 5%. Для сложных расчётов используют класс бетона, т. к. с применением марки возникает риск ошибки, при котором настоящие показатели окажутся меньше расчётных. Например, в характеристиках указывается М100 и В7,5. Расшифровывается это так: точное усилие, необходимое для разрушения, составит 7,5 МПа, а обобщенная нагрузка равна 100 кгс/см 2 , т. е. фактически эта цифра может быть и 105, и 103,6, и 93, и 97,2 и пр.

Класс и марка бетона по прочности на сжатие по ГОСТ

Таблица 1 – Сравнительная характеристика бетонов разных классов и марок

Документы, которые применяются при определении прочности

Требуемая прочность жёстко регулируется. Есть в наличии несколько основных документов для вычисления этой характеристики:

ГОСТ 10180-2012 – применяется для образцов из готовой бетонной смеси;
ГОСТ 28570-2019 – рассчитан для бетонных образцов;
ГОСТ 22690-2015 – для крупных сооружений без создания проб-образцов.

Способы определения прочности: испытание бетона на сжатие

Существует два метода:

При первом способе измеряют минимальные усилия, приложенные для поломки кубов и цилиндров, которые вырезают, выпиливают или выбуривают из целых изделий. Скорость увеличения силы нагрузки при этом постоянна. После выполнения испытания вычисляется итоговое значение таких усилий.

При втором способе нахождения требуемого показателя воздействуют механически на заданное место (удар, отрыв, скол, вдавливание, отрыв со скалыванием, упругий отскок). Точка приложения прибора не должна быть на краю или напротив арматуры. Далее находят результат по выраженной градации.

Рассчитывать на полную правдивость не стоит, имеется погрешность до 10 % для каждого из видов проверок.

Как выбирают образцы при разрушающем методе

Для испытаний приготавливают образцы кубической и цилиндрической формы. Эталонным считается куб с длинной грани 150 мм.

Все экземпляры создают в специальных формах, перед использованием конструкции смазывают маслом. Далее наполнят её бетонной смесью и уплотняют.
Утрамбовывают при помощи штыкования стальным стержнем, виброплощадки или глубинного вибратора.
Через сутки все затвердевшие образцы достают и размещают в боксе с нормальными условиями (влажность – 95%, температура – +20 °С). Иногда заготовки размещают в водной среде или в автоклаве.

Образцы из готовых бетонных изделий.

Экземпляры для проверки прочности получают методом вырубки, выпиливания или выбуривания из целых изделий. В месте отбора не должно быть арматуры в точке, где извлечение не понесёт за собой снижение несущей способности. Пробы делают вдали от стыков и края изделия. Образцы извлекают из средней части пробы как на рисунке.

Предварительная подготовка к испытаниям

Прежде чем приступить непосредственно к испытаниям, все образцы измеряют и осматривают – нет ли трещин, сколов, рытвин. Если имеются скалывания более 10 мм, рытвины диаметром 10 мм и более и глубиной от 5 мм, образцы выбраковывают.

Также производят обмеры на наличие линейной погрешности, несоответствие перпендикулярности близлежащих граней, смещения от прямолинейности и плоскостности. Если обнаружены такие недочёты, грани и плоскости подвергают шлифованию или выравнивают быстротвердеющим веществом толщиной не больше 5 мм.

Как образцы бетона проходят испытания

Все приготовленные образцы одной группы испытывают на прочность в течение одного часа. Силовое нагружение производят не прерываясь, с постоянной скоростью увеличения нагрузки до разрушения. При этом, время от начала нагружения до его окончания – не меньше 30 с.

Во время проверки пользуются специальными строительными стендами:

образцы кладут на нижнюю плиту пресса по центру;
после совмещают верхнюю плиту и экземпляр, чтобы они находились плотно друг к другу;
далее подают силовую нагрузку со скоростью 0,6±0,2 МПа/с.

Расчёты испытаний: формула

Прочность бетона на сжатие (R, МПа) считают с погрешностью до 0,1 МПа по формуле:

Обозначения:

F – максимальная сила, Н;
A – площадь грани под нагрузкой, мм;
α – масштабный коэффициент, который приводит прочность к эталонной;
K_W – коэффициент, необходимый для ячеистого бетона, учитывающий влажность образцов.

Коэффициенты высчитывались экспериментально и представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Масштабный коэффициент α

K_W = 1, исключение – ячеистый бетон, его можно найти в таблице ГОСТа 10180.

Показатель прочности бетона рассчитывают как среднее арифметическое от прочности всех образцов, участвовавших в проверке: если образцов 3, то среднее арифметическое значение двух образцов с высшей прочностью.

Показатель прочности на сжатие – это такой показатель, который невозможно подделать. Проверку этой характеристики выполняют только аккредитованные лаборатории и строительные организации, которые сами подвергаются неоднократным проверкам – у них есть лицензии, подтверждающие право на выполнение тех или иных работ.

Читайте также: