Методы проверки бетона на прочность

Классы прочности и их область применения

Для бетонов в соответствии с требованиями ГОСТ указывается класс прочности на сжатие: буква В и цифру, которая обозначает сопротивление на сжатие в МПа. Чем оно выше, тем более прочным является материал. По прочностным характеристикам бетон делят на классы от В2,5 до В120.

Бетоны классов до В15 относятся к легким, с развитой ячеистой структурой. Они используются для заливки конструкций, которые имеют небольшую нагрузку. Легкий материал применяется для пешеходных дорожек, малых фундаментом, бордюров. Бетоны более высоких классов подходят для отливки плит, в монтажном строительстве и для постройки монолитных стен. Бетон класса B30 и выше может применяться для производства конструкций из железобетона, которые способны работать в условиях повышенной нагрузки.

Способы испытания бетона

Бетон как строительный материал подвергают испытаниям как в затвердевшем, так и в незатвердевшем состоянии. При этом цели испытаний разные. В первом случае определяются прочностные и другие эксплуатационные характеристики твердого материала, а во втором случае его технологические показатели: удобоукладываемость, уплотняемость, пластичность и наличие воздуха.

Кроме того различают неразрушающие и разрушающие способы испытания. Рассмотрим виды испытаний бетонного раствора по «ходу» его применения – до схватывания и набора прочности и после схватывания и набора марочной прочности.

Результаты сравнения методов

В лаборатории «Обследование и испытание зданий и сооружений» ФГБОУ ВПО «СПбГПУ» были проведены исследования при использовании различных методов контроля. В качестве объекта исследования использован фрагмент бетонной стены, выпиленный алмазным инструментом. Габариты бетонного образца — 2,0 х 1,0 х 0,3 м. Армирование выполнено двумя сетками арматуры диаметром 16 мм, расположенной с шагом 100 мм с величиной защитного слоя 15-60 мм. В исследуемом образце применен тяжелый бетон на заполнителе из гранитного щебня фракции 20-40.

Для определения прочности бетона использован базовый разрушающий метод контроля. Из образца с помощью установки алмазного сверления выбурены 11 кернов различной длины диаметром 80 мм. Из кернов изготовлены 29 образцов — цилиндров, удовлетворяющих по своим размерам требованиям ГОСТ 28570-90. По результатам испытания образцов на сжатие выявлено, что среднее значение прочности бетона составило 49,0 МПа. Распределение значений прочности подчиняется нормальному закону (рис. 4). При этом прочность исследуемого бетона имеет высокую неоднородность с коэффициентом вариации 15,6% и СКО равным 7,6 МПа.

Для неразрушающего контроля применены методы отрыва, отрыва со скалыванием, упругого отскока и ударного импульса. Метод скалывания ребра не применялся по причине близкого расположения арматуры к ребрам образца и невозможности выполнения испытаний. Ультразвуковой метод не использован, так как прочность бетона выше допустимого диапазона для применения данного метода (табл. 1). Выполнение измерений всеми методами производилось на грани образца, срезанной алмазным инструментом, что обеспечивало идеальные условия с точки зрения ровности поверхности. Для определения прочности косвенными методами контроля использовались градуировочные зависимости, имеющиеся в паспортах приборов, или заложенные в них.

Таблица 3. Результаты измерения прочности различными методами

№п/п	Метод контроля(прибор)	Количество измерений, n	Среднее значение прочности, Rm, МПа	Коэффициент вариации, V, %
1	Испытание на сжатие в прессе(ПГМ-1000МГ4)	29	49,0	15,6
2	Метод отыва со скалыванием(ПОС-50МГ4)	6	51,1	4,8
3	Метод отрыва (DYNA)	3	49,5	–
4	Метод ударного импульса(Silver Schmidt)	30	68,4	7,8
5	Метод ударного импульса(ИПС-МГ4.04)	100	78,2	5,2
6	Метод упругого отскока(Beton Condtrol)	30	67,8	7,27

Рис. 4. Распределение значений прочности по результатам испытаний на сжатие

На рис. 5. представлен процесс измерения методом отрыва. Результаты измерений всеми методами представлены в табл. 3.

Поданным, представленным в таблице, можно сделать следующие выводы:

• среднее значение прочности, полученной испытанием на сжатие и прямыми методами неразрушающего контроля, различается не более чем на 5%;

• по результатам шести испытаний методом отрыва со скалыванием разброс прочности характеризуется низким значением коэффициента вариации 4,8%;

• результаты, полученные всеми косвенными методами контроля, завышают прочность на 40-60%. Одним из факторов, приведших к данному завышению, является карбонизация бетона, глубина которой на исследуемой поверхности образца составила 7 мм.

Скалывание ребра

Последний прямой метод неразрушающего контроля — метод скалывания ребра. Главное его отличие заключается в том, что прочность определяется по усилию (P), которое необходимо для скалывания участка конструкции, расположенному на ребре с внешней стороны.

Недавно была разработана конструкция прибора, позволяющая установить его на исследуемый элемент с наличием одного внешнего ребра. Укрепление осуществляется к одной поверхности испытываемого элемента с помощью анкера с дюбелем. Это новшество несколько расширило диапазон применения прибора. Но вместе с этим и аннулировало главное преимущество метода скалывания, заключавшееся в отсутствии нужды сверления и потребности в источнике электроэнергии.

Прочность на сжатие с использованием метода скалывания ребра определяют по нормированной зависимости:

R = 0,058 * m * (30P + P2),

где m — коэффициент, который учитывает крупность заполнителя.

https://youtube.com/watch?v=Uu5hfcOLqfM

Стройотдел

От чего зависит получение заданного класса бетона

Что проверяют на первом этапе? Перед запуском производства и подачей компонентов бетонной смеси в смеситель технолог подбирает состав и таким образом задает характеристики будущей смеси, далее вводит параметры исходного сырья на пульт управления бетоносмесительного узла. Автоматика современных БСУ производит дозирование компонентов в необходимых пропорциях с учётом естественной влажности, температуры и применяемых добавок. Каждая партия бетонной смеси должна быть испытана на производстве, а также иметь документ о качестве по ГОСТ 7473-2010 (Приложение Б), который должен отражать следующие основные параметры:

наименование, адрес и телефон производителя и поставщика бетонной смеси;
дата и время отгрузки бетонной смеси;
вид бетонной смеси и ее условное обозначение;
проектный класс бетона по прочности;
применяемые добавки: пластификаторы;
ускорители;
гидрофобизаторы;
антифризы;

номер номинального состава бетонной смеси;
жизнеспособность (сохраняемость удобоукладываемости);
наибольшая крупность заполнителя.

Примечание: На деле, зачастую, производитель может пытаться умолчать о некоторых пунктах документа о качестве по собственному усмотрению или по просьбе подрядчика, поэтому приходится следить и требовать корректного составления данного документа.

После смешения компонентов испытатели берут смесь одного номинального состава из бетоносмесителя. Из нее отливают стандартные образцы для испытаний.

Лаборанты учитывают разницу в физическом и химическом воздействии на бетонную смесь, которая отправлена на объект, с той, что поступила к ним на испытания в лабораторию. Причина в том, что существует зависимость набора прочности бетона от дополнительных факторов:

время от замешивания смеси до укладки в опалубку;
вибрационное воздействие на смесь;
равномерность заполнения формы или опалубки;
температура окружающей среды;
изменение водоцементного соотношения рабочими на объекте.

Эти факторы будут различаться между лабораторными условиями и стройкой. Чтобы получить точные показатели, также берут пробы непосредственно на стройплощадке. Образцы представляют собой кубы с длиной ребра 10 см. Их маркируют, а после доставляют на исследование. Иногда проверку проводят прямо на объекте. Все работы выполняют согласно принятой в отрасли НТД (нормативно-технической документации).

Прочность бетона на сжатие

Прочность бетона на сжатие оценивают, руководствуясь ГОСТ 18105-2010. Прочность бетона – способность воспринимать нагрузки или другие воздействия, вызывающие в нем внутренние напряжения, без разрушения.

Классы бетона по прочности на сжатие: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В22,5; В25; В27,5; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В70; В80; В90; В100; В110; В120.

Минимальное количество испытаний для монолитных конструкций:

Конструкция	Количество контролируемых участков
Фундамент	3
Колонна	6
Стена	3
Перекрытие	3
Балка	1 на 4 м (или 3 на захватку)

Разрушающие методы

По контрольным образцам производится отбор образцов во время бетонирования
По образцам, отобранным из конструкции, пробы бетона выбуриваются из готовых конструкций

Для образцов, отобранных из конструкции, необходима дополнительная подготовка: распил и шлифование керна. Испытания проводятся в лаборатории на гидравлическом прессе. Определяется усилие, которое требуется для разрушения образца, после вычисляется напряжение, возникшее при этом усилии.

Неразрушающие методы позволяют полностью ликвидировать или свести к минимуму повреждения элементов здания при проведении испытаний. Их принцип основан на взаимодействии прочности бетона и его косвенными характеристиками.

Метод отрыва со скалыванием основан на зависимости между прочностью и усилием, необходимым для вырыва заделанного в бетоне специального анкерного устройства.
Ультразвуковой метод основан на наличии функциональной связи между скоростью распространения ультразвуковых колебаний и скоростью звука.
Метод упругого отскока заключается в измерении величины обратного отскока ударника от поверхности бетона при ударе.
Метод ударного импульса основан на принципе того, что электронный блок оценивает твердость и упругопластические свойства испытываемого бетона и преобразует параметр импульса в прочность.

Методы: скалывание ребра, отрыв, пластической деформации в России на практике используются очень редко.

Для всех косвенных неразрушающих методов, необходимо устанавливать градуировочную зависимость по 12 параллельным испытаниям одних и тех же участков косвенным и прямым методом. Градуировка – это зависимость между прочностью бетона и косвенной характеристикой. Для каждого вида бетона строится своя уникальная зависимость.

Сроки проведения испытаний: зависят от метода и количества конструкций (уточняйте по телефону).

Основные требования к проверке прочности

Порядок проведения испытаний на сжатие

Данный способ испытания позволяет определить марку материала. Для проведения испытания отливают кубики из бетона, применяемого в строительстве, или вырезают образцы из уже отлитого изделия. Размер кубиков для испытания бетона варьируется от 100 до 300 мм по грани. Помимо кубической формы, образцы можно изготавливать в виде цилиндров или призм.

При отливке образцов в лабораторных условиях, используют вибростол, чтобы смесь получила максимальную плотность. Испытания проводятся на 3, 7 и 28 сутки после приобретения образцом прочности. Основные испытания проводят на 28 день после полного набора прочности материала.

Образец помещают под пресс, который давит на кубик с мощностью в 140 кгс/м2 с шагом в 3,5 кгс/м2. Вектор силы строго перпендикулярен основанию образца. По показаниям определяется возможность сопротивления материала сжатию, и в протокол испытания записывается марка бетона.

Образец протокола испытаний.

Технологии неразрушающего контроля прочности бетона

Все существующие технологии неразрушающего контроля, регламентированные ГОСТ 22690-2015 основаны на механическом воздействии на поверхность бетона. В отличие от проверки прочности по методике разрушения образцов, технологии неразрушающего контроля являются косвенными.

Фактическую прочность материала определяют по специальным таблицам, составленным на основе эмпирических данных. Отдельной строкой идет технология определения прочности с помощью ультразвуковых волн по ГОСТ 17624-2012.

В этом случае используются специальный прибор, излучающий ультразвуковые волны и измеряющий время и скорость их распространения в толще бетона. Истинную прочность материала определяют по экспериментально установленным зависимостям. Использование показывающих (прочность материала) приборов, действующим ГОСТом не допускается. Это наиболее точный метод неразрушающего контроля.

Виды испытаний бетона неразрушающим методом ГОСТ 22690-2015:

Упругий отскок. Измеряется значение величины обратного отскока средства измерения после удара о поверхность испытуемой конструкции. Для измерения величины отскока применяют склерометр Шмидта и его аналоги. Количество измерений на участке поверхности для расчета средней величины – 9. Минимальная толщина бетона – 0,1м.
Пластическая деформация. Измеряются габариты следа от шарика, образовавшегося после удара рабочей частью молотком Кашкарова. Самый простой и дешевый метод. Количество измерений – 5. Минимальная толщина конструкции, при которой разрешено определять прочность данным методом – 0,07 м.
Ударный импульс. Измеряется значение величины энергии удара в момент удара бойка средства измерения об испытуемую поверхность. Используются приборы: ИПС МГ 4.03, ОНИКС ОС, ОНИКС-2,5. Количество измерений – 10. Минимальная толщина конструкции – 0,05 м.
Отрыв образца. Измеряется сила напряжения отрыва стального диска приклеенного к бетону. Вследствие сложности технологии, в последнее время используется очень редко. Измерительное оборудование, приборы: ПОС-30-МГ4 и ПОС-50-МГ4. Количество измерений – 1. Минимальная толщина бетона 0,05 м.
Отрыв образца со скалыванием или скалывание ребра изделия. Измеряется числовое значение силы необходимой для скалывания кусочка ребра или вырыва специального анкера. Самое точное испытание бетона неразрушающим методом. Рекомендуется использовать приборы: ПОС-50МГ4 «Скол», ГПНВ-5, ГПНС-4. 2.6. Количество измерений – 1. Минимальная толщина конструкции – 0,05 м. Глубина заделки анкера: 30, 35, 40 и 48 мм в зависимости от прибора измерения.

Транспортирование бетонированной смеси

Правильно выполненная поставка смеси во многом определяет качество бетона ко времени её укладывания в конструкцию. При нарушении правил транспортировки и подачи смеси в бетонируемые системы бетонная смесь утрачивает свою однородность – расслаивается: более тяжелые составляющие (гравий, песок, щебень) оседают, а сверху на поверхности появляется цементное молоко. Поэтому заданная подвижность нарушается и уменьшается удобоукладываемость. Качество бетона достигается регулярным контролем за транспортированием и подачей смеси в конструкции.

Бригадир и мастер стройучастка обязаны регулярно контролировать качество уплотнения бетонной смеси. При укладке горизонтальными пластами следят за соответствием толщины всех уложенных слоев согласно требованиям проекта. Длительность вибрирования обеспечивает уплотнение бетона, главными свойствами которого считаются: окончание оседания смеси, возникновение цементного молока на её плоскости, прекращение отделения из нее пузырьков воздуха.

Возобновление бетонирования после паузы разрешается только лишь при набирании бетоном прочности на сжатие минимум 1,5 МПа. Длительность данных интервалов, как правило, не больше 2 часов.

Для прочности сцепления нового слоя раствора с уже затвердевшим его поверхность чистят от мусора, устраняют железными щетками цементную пленку, затем промывают струей воды под давлением. Оставшуюся воду из углублений устраняют. Перед самой укладкой нового слоя нужно на поверхность старого бетона положить слой цементного раствора, толщина которого 20 мм того же состава, что и в старом бетоне.

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.

Косвенные методы контроля

Подобные исследования проводятся, когда нужно оценить значение прочностных характеристик, используя их в качестве одного из нескольких факторов, дающих представление о техническом состоянии сооружения. Полученный результат не допускается использовать, если не была определена частная градуировочная зависимость (см.также статью «Защита бетона от влаги: способы и применяемые материалы»).

Ультразвуковое тестирование

Широкое распространение получил способ испытания бетона неразрушающим методом, подразумевающим использование ультразвуковых волн. При проведении операции устанавливается связь между скоростью колебаний и плотностью затвердевшей смеси.

На зависимость могут влиять самые различные факторы.

Демонстрируется проведение операции.

Фракция заполнителя и его количество в растворе.
Выбранный способ приготовления состава.
Степень уплотнения и напряжение.
Изменение расхода вяжущего вещества более, чем на 30 процентов.

Упругий отскок

Неразрушающий контроль прочности бетона этим методом позволяет установить зависимость между прочностью на сжатие и упругостью материала. При исследовании металлический боек основного прибора после удара отдаляется на определенное расстояние, которое является показателем прочностных качеств конструкции.

Так осуществляется проверка отскоком.

Во время испытаний приспособление фиксируется так, чтобы стальной элемент плотно соприкасался с бетонной поверхностью, для чего применяются специальные винты. После крепления маятник устанавливается горизонтально. В этом случае он защелкивается непосредственно спусковым крючком.

Приложив устройство перпендикулярно к плоскости, нажимают на курок. Боек взводится автоматически, после чего самостоятельно освобождается и совершает удар под действием особой пружины. Металлический элемент отскакивает на какое-то расстояние, которое измеряется специальной шкалой.

Схема движения внутреннего стержня.

В качестве основного инструмента для испытаний используется прибор системы КИСИ, который имеет достаточно сложное строение. Прочность затвердевшей смеси удается определить на основании данных устройства после проведения 6-7 тестов по специальному графику.

Придание ударного импульса

Благодаря этому методу исследования можно зафиксировать энергию удара, освобождающуюся в момент соприкосновения бойка с бетонной конструкцией. Положительным моментом считается то факт, что приборы неразрушающего контроля бетона, работающие по принципу ударного импульса, имеют компактные размеры. Однако их цена достаточно высока.

Результаты испытаний составов разных классов.

Пластическая деформация

При проведении операции осуществляется измерение размеров следа, оставленного на бетонной поверхности стальным элементом. Метод считается несколько устаревшим, но в связи с дешевизной оборудования он продолжает активно использоваться в строительной среде. После нанесенного удара измеряются оставшиеся отпечатки.

Устройства для определения прочности такого типа базируются на вдавливании стержня непосредственно в плоскость путем статического давления нужной силы или обычного удара. В качестве основных приборов используются маятниковые, молотковые и пружинные изделия.

Ниже приводятся условия проведения операции.

Молоток Кашкарова для проведения пластической деформации.

Испытания должны осуществляться на участке, площадь которого колеблется от 100 до 400 кв. см.
При проведении данной операции следует делать не менее пяти измерений с высокой точностью.
Ударная сила должна иметь перпендикулярное направление относительно испытываемой плоскости.
Для определения прочностных характеристик требуется гладкая поверхность, которая достигается формованием в опалубке из металла.

Процедура тестирования прочности бетонных кубов

Понадобится:

Машина для испытания на сжатие испытательный лабораторный пресс

Подготовка конкретного кубического образца

Пропорция и материал для изготовления этих образцов для испытаний взяты из того же бетона, который используется в строительстве объекта в полевых условиях.

Образчик для изготовления кубов бетона

Необходимо 6 образцов кубов 15 * 15 см

Смешивание бетона для испытания куба

Смешайте бетон вручную или в лабораторном смесителе

Ручное смешивание

Смешайте цемент и мелкий заполнитель на водонепроницаемой неабсорбирующей платформе, пока смесь не будет тщательно смешана и не приобретет однородный цвет.
Добавьте грубый заполнитель и смешайте с цементом и мелким заполнителем, пока грубый заполнитель не будет равномерно распределен по всей партии.
Добавьте воду и перемешивайте, пока бетон не станет однородным и не приобретет желаемой консистенции.

Подготовка кубов для теста

Почистить бугры и нанести масло
Залить бетон в формы слоями толщиной около 5 см.
Уплотните каждый слой, используя не менее 35 ударов на слой, используя трамбующий предмет
Выровняйте верхнюю поверхность, выровняйте ее шпателем

Образцы для испытаний хранятся на влажном воздухе в течение 24 часов, и по истечении этого периода образцы помечаются, удаляются из форм и хранятся в чистой пресной воде до вынимания перед испытанием.

Классификация методов испытаний

Для проверки бетона применяют несколько методов:

Проверка образцов, отливаемых в лабораторных условиях. Данный метод предусматривает изготовление кубиков или цилиндров из испытуемой смеси с последующей проверкой прочности материала на прессе;
Проверка образцов, выпиленных или вырубленных из уже готовой конструкции. Получают такие образцы с помощью бурения алмазными коронками. Далее полученные керны направляют в лабораторию для определения прочностных характеристик, как и в первом случае, с применением пресса. Данный метод связан с существенными затратами по получению образца и с угрозой ослабления целостности элемента, из которого был получен керн;
Способ проверки бетона на прочность неразрушающим методом. В данном случае используются инструменты и приборы, с помощью которых можно изучать характеристики бетона без размещения образцов в специальных устройствах. Для данных исследований могут задействовать ультразвук, проверять качество основания с помощью ударно-импульсного метода испытания бетона и т.д.

Наиболее популярным методом, позволяющим получить самые точные показатели свойств бетона, является проверка образцов на сжатие под прессом.

Допустимые варианты контрольных проб.

Испытание бетона на прочность, минимальные размеры образцов

Как определить прочность бетона?

ПРЕИМУЩЕСТВА РАБОТЫ С НАМИ

Беспрецедентное качество за 15 лет работы
Все сотрудники компании – сертифицированные специалисты с многолетним опытом работы
Индвидуальный подход к заказчику, внимательное отношение к каждой детали
Используется только высокоточное, надежное оборудование
Качественно – не значит дорого. Мы не ставим завышенные цены и всегда идем на встречу клиенту
Постоянно контролируемый процесс непосредственно на строительной площадке
В своей работе опираемся на достоверные результаты собственной испытательной лаборатории
Имеем широкую область аккредитации во всех видах общестроительных работ
Соблюдение требований всех дествующих стандартов и технического задания

Косвенные методы контроля

Подобные исследования проводятся, когда нужно оценить значение прочностных характеристик, используя их в качестве одного из нескольких факторов, дающих представление о техническом состоянии сооружения. Полученный результат не допускается использовать, если не была определена частная градуировочная зависимость (см.также статью «Защита бетона от влаги: способы и применяемые материалы»).