Контроль прочности бетона

Целью строительных работ является возведение долговечных объектов, а также рациональное расходование материалов, средств и других ресурсов в процессе строительства. Достичь этих целей невозможно без строгого контроля и учета всех процессов и материалов с опорой на действующие стандарты. Одной из обязательных составляющих является контроль прочности бетона, из которого возводится конструкция и ее соответствия проекту.

Качество строительства напрямую зависит от того, насколько качественные материалы применяются. Бетон — один из основных строительных материалов, от него зависит многое. Вот почему в ответственном строительстве контроль бетона настолько важен. Он производится по регламенту, описанному в нормативных документах.

Считается, что прочность бетона — это его основное нормируемое свойство. И хотя на практике нередко важнее оказываются другие характеристики, например, непроницаемость или долговечность, именно прочность, как правило, определяет качество бетона.

Какой бывает прочность бетона

Главной прочностной характеристикой бетонов является их прочность на сжатие, которая имеет обозначение в виде буквы В и числа, соответствующего предельной прочности бетона на сжатие (в МПа).

Известно, что бетон — это отвердевшее цементное тесто, содержащее крупный и мелкий заполнители нескольких фракций. Неотвердевший раствор обозначается как В0. Бетоны могут иметь классы по прочности на сжатие: B3,5; В5; B7,5; В10; B12,5; B15; B20; В25; В30; B35; B40; B45; В50; B55; B60; B65; B70; B75; B80 и т. д., а также промежуточные классы — В22,5 и В27,5.

Согласно ГОСТ 25192-2012 Межгосударственный стандарт «Бетоны. Классификация и общие технические требования», бетоны В50 и меньше относятся к бетонам средней прочности, а от В55 и выше — к высокопрочным бетонам.

Что определяет прочность бетона

Бетонная смесь состоит обычно из следующих компонентов:

1. цемент;
2. крупный заполнитель (для тяжелых бетонов);
3. мелкий заполнитель;
4. вода.

Прочностные характеристики бетона зависят от каждого из этих компонентов:

1. Класс по прочности цемента влияет на прочность бетона. Для приготовления бетонной смеси необходимо применять цемент с прочностными показателями, превышающими таковые показатели бетонной смеси, минимум, в два раза. Также прочность бетона напрямую зависит от тонкости помола, свежести и минералогического состава цемента.
2. Цементное тесто при твердении дает усадку, приводящую к образованию трещин, что снижает прочность бетона. Крупный заполнитель является в бетоне своеобразным каркасом из зерен, опирающихся друг на друга, с прослойками цементного камня. Уменьшение количества цементного теста в составе бетона, за счет наполнения основного объема заполнителем, снижает усадочные явления и трещинообразование, повышая прочность бетона.
3. Крупный заполнитель может составлять до 80 % и более от общего объема бетона, однако при большом размере зерен промежутки между ними тоже могут быть большими, что приводит к увеличению количества цементного теста в растворе, а значит, повышению усадки и образованию трещин. Поэтому применяют крупный заполнитель нескольких фракций, а также мелкий заполнитель, что позволяет снизить количество цементного камня в бетоне, уменьшить образование трещин и повысить прочность бетона.

Влияние воды, точнее, водоцементного соотношения на прочность бетона наиболее важно. Более того, в инженерной практике принимается, что при прочих равных (тип цемента и заполнители, их пропорции по отношению друг к другу, условия выдерживания и пр.), на прочностные характеристики бетона, прежде всего, оказывают влияние два фактора:

1. водоцементное соотношение;
2. уплотнение бетонной смеси после укладки.

Вода в бетоне состоит из воды затворения и воды, которая содержится в заполнителе в момент его загрузки в бетономешалку. В этом случае часть воды находится в порах заполнителя, часть — на поверхности зерен. Если заполнитель водой не насыщен, часть его пор будет заполнена воздухом, и часть воды затворения будет им поглощена в течение получаса после перемешивания.

Интересно, что при водоцементном отношении ниже 0,4 применение щебня в качестве крупного заполнителя приводит к получению прочности бетона на 38 % выше, чем при применении гравия. При водоцементном отношении 0,65 различий уже не наблюдается.

В/Ц бетонной смеси важно в такой степени, что был сформулирован следующий закон водоцементного отношения: при стандартных испытаниях прочность бетона, приготовленного из одних и тех же материалов, зависит только от В/Ц.

Как же влияет водоцементное отношение на прочность бетона? Чем оно выше, тем прочность бетона ниже, поскольку при большом количестве воды самоуплотнение геля уменьшается из-за ослабления контакта между гелевыми частицами.

Для реакций гидратации соединений клинкера необходимо строго определенное количество воды. Излишки воды, остающиеся в несвязанном виде в растворе, концентрируются на поверхности зерен заполнителя, снижая прилегание цементного камня к заполнителю и уменьшая плотность структуры бетона. Впоследствии они испаряются, оставляя пустоты. Общий объем пустот влияет на прочность бетона: если он превышает 1 %, прочность бетона снижается.

Однако слишком низкое водоцементное отношение не повышает прочность бетона в позднем возрасте, поскольку не обеспечивает оптимальную гидратацию зерен цемента. В целом, оптимальным считается В/Ц 0,3, но, с учетом потерь, на практике применяется В/Ц 0,55–0,75.

Степень уплотнения бетонной смеси при укладке относится к числу технологических факторов, влияющих на прочность бетона. Увеличение средней плотности уложенного бетона на 1 % повышает его прочность в проектном возрасте примерно на 5%.

Подробнее о методах укладки и уплотнения бетона читайте в статье: Заливка бетона

Также технологическими факторами, влияющими на прочность бетона, являются:

1. время перемешивания;
2. продолжительность и условия твердения.

В частности, более длительное перемешивание бетонной смеси заметно повышает прочность бетона, что видно на графике ниже.

Рекомендуемыми условиями твердения бетона в норме являются температура + 18–22 °С и влажность воздуха выше 90 %.

При снижении температуры воздуха скорость твердения бетона снижается. Это отражено на графике ниже.

Можно заметить, что при температуре воздуха ниже + 5 °С твердение существенно замедляется. При температуре ниже 0 °С вода в растворе замерзает, и реакции гидратации останавливаются.

В сухую и жаркую погоду, при отсутствии специальных мероприятий, бетонная смесь пересыхает, что также приводит к снижению прочности бетона.

Справка!

Сухой и жаркой погодой, по определению СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003», является температура воздуха в тени в 13 часов выше + 25 °С и влажность воздуха менее 50 % (если присутствует ветер, то каждые 2 м/с эквивалентны добавлению 1 °С).

Таким образом, мы видим, что твердение бетона — это процесс, зависящий от множества факторов. Не зная их досконально, невозможно предсказать, какой прочности бетон будет получен в том или ином случае.

Существующие таблицы пропорций бетонной смеси всегда носят лишь ориентировочный характер, что для ответственного строительства неприемлемо.

На практике состав бетонных смесей подбирают, а затем проводят испытания в лабораторных условиях, чтобы получить бетон нужной прочности и других нормируемых характеристик.

Читайте также: Расход материалов на куб бетона

Методы контроля прочности бетона

Для определения реальной, а не предполагаемой прочности бетона на сжатие, необходимо провести испытания бетона, который применяется в той или иной конструкции.

Изготовление контрольных образцов

Для проведения испытаний с целью определения прочности, из бетона заданного состава изготавливают образцы. В России, а также в некоторых других странах, например, Англии, Германии и многих других европейских странах образцы изготавливают кубические; В США, Австралии, Канаде — в виде цилиндров; во Франции – в виде призм либо кубов.

В соответствии с ГОСТ 10180–2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам», образцы изготавливаются из бетона, имеют длину ребра 100, 150, 200, 250 или 300 мм (также допускается применять кубы с длиной ребра 70 мм, призмы и цилиндры или другие формы и размеры согласно технической документации). В качестве базового, при всех методах испытаний бетона на прочность используется образец в виде куба с длиной ребра 150 мм.

Требования ГОСТ 10180–2012 к изготовлению образцов для проведения лабораторных испытаний бетона на прочность:

1. Кубы должны иметь определенные размеры и правильные плоскости с минимальными отклонениями.
2. Во избежание утечки раствора, во время изготовления образца форма должна плотно прилегать к основанию.
3. Перед сборкой формы ее поверхности покрывают минеральным маслом для предупреждения сцепления между формой и бетоном.
4. Форму заполняют в три слоя через укрепленную над ней воронку, избыток бетона срезают стальной линейкой, а поверхность заравнивают мастерком, чтобы получить однородный бетон.
5. Каждый слой бетона уплотняют, как минимум, 35 ударами стальной ручкой трамбовки площадью 6,5 см². Трамбование производят до получения достаточного уплотнения, так как при испытаниях на сжатие требуется определить прочность полностью уплотненного бетона. (Если требуется определить свойства уложенного бетона, степень уплотнения бетона в кубе должна соответствовать степени его уплотнения в конструкции). Смеси классов по подвижности П4 и П5 могут уплотняться штыковкой. Также уплотнение может производиться вибрацией.
6. Твердение образцов может протекать в лабораторных условиях при температуре + 20 °С (+/– 5 °С) и относительной влажности воздуха 95 +/– 5 % либо в условиях, в которых будет твердеть бетон основной конструкции или максимально близких к ним. Это особенно важно, если нужно определить, когда снимать опалубку или давать нагрузку на конструкции. Также допускаются другие условия твердения образцов, например, в воде.

Образцы должны изготавливаться и подвергаться испытаниям сериями. Количество образцов в каждой серии принимается по рекомендациям ГОСТ 10180–2012.

Испытания производят в возрасте 28, а также (дополнительно) 3 и 7 суток.

Отбор проб

Пробы раствора, из которого изготавливают контрольные образцы, при производственном контроле прочности бетона отбирают из рабочего состава. Для изготовления контрольных образцов, которые предназначаются для лабораторных исследований (например, при подборе состава бетона), смесь отбирают из специально приготовленных лабораторных замесов.

Объем пробы бетонной смеси должен быть больше необходимого для изготовления всех серий образцов количества не менее чем в 1,2 раза. Перед началом формования образцов смесь дополнительно перемешивают вручную (кроме смесей, содержащих воздухововлекающие и газообразующие добавки).

Не менее чем через 20 минут после отбора пробы, начинают укладку смеси в формы.

Испытание разрушающим способом

Один из методов определения прочности бетона — испытания в специальной испытательной машине (прессе). Образец устанавливают в нее согласно указаниям ГОСТ 10180–2012 и подвергают нагрузке до разрушения при постоянной скорости нарастания нагрузки.

Затем высчитывают среднюю прочность образцов серии и, используя это значение, определяют фактическую прочность бетона, применяя формулы и методы согласно ГОСТ 18105-2018 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности».

Неразрушающие методы контроля прочности бетона

Выше были описаны способы установления прочностных характеристик бетона с использованием специально изготовленных для этого контрольных образцов, твердеющих в заданных условиях. В процессе проведения испытаний они разрушаются.

Однако эти образцы не полностью соответствуют по прочности бетону конструкций, потому что степень уплотнения бетонной смеси может различаться.

Как же проверить качество бетона и узнать, действительно ли конструкцией приобретена определенная прочность? Теоретически, можно вырезать из нее образец и проверить его прочность разрушающим методом, но это повредит конструкцию.

Поэтому были разработаны способы определения прочности бетона неразрушающими методами.

Один из таких методов испытания бетона на прочность использует ультразвук.

Ультразвуковой способ

Неразрушающий контроль прочности бетона ультразвуком производят по указаниям ГОСТ 17624-2021 «Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности».

Согласно этому нормативу, измерения проводят приборами, которые предназначены для измерения времени и скорости распространения ультразвука в бетоне, аттестованными и поверенными в установленном порядке.

Ультразвук применяют в процессе обследования строительных конструкций с целью определения расчетной прочности бетона, а также прочности в установленном проектной документацией промежуточном возрасте и в возрасте, превышающем проектный. Прозвучивание ультразвуком может быть поверхностным или сквозным.

Суть метода основана на том, что при изменении плотности бетона меняется и скорость импульса. Уменьшение плотности, вызванное повышением водоцементного отношения, снижает как прочность бетона при сжатии, так и скорость прохождения через него импульсов.

Используя полученные значения, рассчитывают прочность бетона по экспериментально установленным градуировочным зависимостям, применяя коэффициенты и формулы, приведенные в ГОСТ 17624-2021.

Плюсами метода являются простота, возможность обработки больших объемов материала в короткие сроки и отсутствие необходимости специальной подготовки поверхности бетона.

Ударно-импульсный метод оценки прочности бетона

Также относится к испытаниям бетона неразрушающим методами определения прочности и однородности, а также других характеристик бетона.

Методика основана на замерах энергии удара и ее изменения при ударе бойка о бетонную поверхность с последующим применением градуировочных зависимостей, которые получают путем проведения прямого способа измерения прочностных показателей бетона (например, отрыва со скалыванием или исследования в лаборатории).

Это простой неразрушающий метод, благодаря которому можно быстро осуществить контроль качества бетона и выявить участки конструкции с изъянами качества. Результаты легко поддаются обработке.

Минусами являются необходимость подготовки поверхности (необходимо устранить любые шероховатости) и зависимость от прямого способа.

Как повысить прочность бетона

Строителей во все времена волновал вопрос, как повысить прочность бетона, поэтому на сегодняшний день разработано немало способов достижения этой цели. К ним относятся увеличение количества цемента в растворе, специальная обработка цемента, применение особых методов перемешивания смеси, обработка уложенного раствора и другие. Но все они имеют общий недостаток — требуют увеличения расходов дорогостоящих материалов либо применения специальных технологий, что существенно повышает стоимость готовой конструкции.

Строительство — в целом, процесс очень капиталоемкий и затратный по времени и труду. Поэтому так ценны методы, которые повышают качество возводимых конструкций при одновременном снижении расходов средств, труда и времени. К ним относится применение специальных добавок для бетонов и растворов.

Попытки изменять свойства бетонов путем введения каких-либо дополнительных веществ в состав бетонных растворов предпринимались, наверно, всю историю применения бетона. Определенные успехи были достигнуты, но настоящий расцвет применения добавок стал возможен с развитием химической промышленности.

Что такое добавки для бетона

Добавками называют вещества, которые при добавлении в бетонные смеси обеспечивают модификацию свойств раствора или бетона. То есть, раствор или готовый бетон приобретает новые свойства, например, становится водонепроницаемым или быстротвердеющим.

Добавки могут быть органическими либо неорганическими. Они добавляются в растворы при приготовлении из расчета не более 5 % от массы цемента.

Таким образом, применение добавок — это очень простой и экономически выгодный способ придать бетону те или иные необходимые свойства.

В таблице ниже приведена классификация добавок по определению ГОСТ 24211-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия».

Повышению прочности бетона больше всего способствуют добавки, имеющие пластифицирующее действие – пластификаторы и суперпластификаторы.

Суть воздействия этих добавок состоит в том, что они повышают подвижность бетонных смесей без повышения водоцементного соотношения, а также предотвращают расслаивание смеси. Подвижная смесь лучше растекается и уплотняется, вплоть до того, что смеси класса П5 являются самоуплотняющимися и даже не требуют виброобработки. Таким образом, пластификаторы и суперпластификаторы воздействуют на два основных фактора, от которых зависит прочность бетона – В/Ц и уплотнение раствора. Налицо уменьшение трудозатрат, затрат времени и при этом – повышение прочности бетона.

Компания CEMMIX производит пластифицирующие и суперпластифицирующие добавки для различных видов бетонных конструкций. В линейке пластификаторов CEMMIX представлены следующие добавки:

1. Plastix,
2. Cem Base,
3. CemPlast,
4. Cem Stone,
5. CemThermo.

Каталог продукции CEMMIX

CemBase 1л

Cпециализированная высокоэффективная добавка для фундамента.

Рекомендованная розничная цена у партнеров 270 ₽.

Купить оптом

CemPlast 1л

Суперпластификатор для бетона

Рекомендованная розничная цена у партнеров 273 ₽.

Купить оптом

CemStone 5л

Комплексная добавка для кладочных и строительных растворов.

Рекомендованная розничная цена у партнеров 898 ₽.

Купить оптом

CemThermo 5л

Специализированная высокоэффективная пластифицирующая и упрочняющая добавка для заливки теплых полов.

Рекомендованная розничная цена у партнеров 975 ₽.

Купить оптом

Plastix 10л

Пластификатор для бетонов и строительных растворов.

Рекомендованная розничная цена у партнеров 519 ₽.

Купить оптом

Преимуществами пластификаторов и суперпластификаторов CEMMIX являются:

1. малый расход (зависит от типа добавки, но обычно не превышает 1–2 л на 100 кг цемента);
2. удобная в работе форма добавок (жидкость);
3. возможность активировать даже лежалый цемент и приготовить из него качественный бетон;
4. гарантированный эффект;
5. повышение удобоукладываемости бетонных смесей на 3–4 ступени (с П1 до П4–П5);
6. исключение расслаивания смеси;
7. увеличение срока жизни смеси;
8. снижение усадочных явлений, включая образование трещин;
9. увеличение ранней прочности бетона, в среднем, на 10–25 %, расчетной — на 10–20 %);
10. уменьшение водопотребности смеси;
11. возможность уменьшения количества цемента в растворе на 5–10 %;
12. возрастание плотности, прочности, долговечности, морозостойкости, водонепроницаемости бетона;
13. возможность уменьшения и даже исключения виброобработки уложенного бетона.

Каталог продукции CEMMIX

CemAqua 1л

Водоотталкивающая добавка для строительных растворов

Рекомендованная розничная цена у партнеров 255 ₽.

Купить оптом

CemFix 1л

CemFix суперпластификатор. Ускоритель твердения.

Рекомендованная розничная цена у партнеров 273 ₽.

Купить оптом

CemFrio 1л

Противоморозная высокоэффективная комплексная добавка для бетонных и растворных смесей

Рекомендованная розничная цена у партнеров 282 ₽.

Купить оптом

HotIce 10л

Противоморозная комплексная добавка для бетонных и растворных смесей

Рекомендованная розничная цена у партнеров 633 ₽.

Купить оптом

Компания CEMMIX выпускает также другие добавки:

1. гидрофобизатор CemAqua для получения водонепроницаемого бетона;
2. ускоритель твердения CemFix для повышения скорости набора прочности бетона;
3. противоморозные добавки CemFrio и HotIce для проведения бетонных работ при отрицательных температурах воздуха до – 20 °С.

Особенностью всех добавок CEMMIX является наличие дополнительных свойств пластификатора, помимо основного заявленного действия, поэтому их применение обеспечивает повышение удобоукладываемости раствора и прочности готового бетона, а также экономию цемента.

Применение добавок CEMMIX — это простой способ повысить прочность бетона, снизив при этом затраты денег, времени и труда. Их можно купить в розничных строительных сетях, а также оптом по сниженным ценам. Приглашаем региональных дистрибьюторов к взаимовыгодному сотрудничеству!