Как определяется прочность бетонной конструкции? Определение прочности тяжелого бетона на сжатие

Главным показателем, по которому определяются класс и марка бетона, выступает предел прочности на сжатие. Причем гарантированную прочность с допустимой погрешностью в 13,5% (так называемым коэффициентом вариации) отражает класс материала, марка необходима для указания среднего значения прочности.

Согласно СНиП 2.03.01-84 первый показатель измеряется в мегапаскалях (Мпа) и обозначается буквой латинского алфавита «B». Например, обозначение «В25» говорит, что материал в 95% случаев выдерживает давление в 25Мпа. Полный диапазон В – от 3,5 до 80, при этом к основному диапазону относят значения B 7.5-B40. Прочность бетона задается маркой «М» и цифрами в пределах 50-1000, отражающими усредненный предел прочности на сжатие (измеряется в кгс/см²). В основной диапазон входят составы М100-М500.

От чего зависит класс бетона

• содержание цемента . Чем выше содержание цемента в смеси, те выше прочность конечного изделия;
• активность цемента . Из цементов повышенной прочности производятся более надежные конструкции.
• водоцементное соотношение . С уменьшением отношения В/Ц растет прочность. Объясняется это структурой состава: избыточная вода способствует образованию излишних пор в бетоне, ухудшающих его технические характеристики.
• качество заполнителей . Снижению прочности состава способствует использование мелкозернистых наполнителей, мелких пылевых фракций, глины, органических примесей.
• степень уплотнения бетонной массы и качество ее перемешивания. Повысить эксплуатационные характеристики состава можно с помощью турбо- и вибросмешивания и уплотнения смеси.

Таблица соотношения классов и марок бетона

При повышении марки прочности бетона при сжатии растет предел прочности при растяжении, но увеличение сопротивления растяжению становится менее значительным в области высокопрочных типов. Прочность материала при растяжении - 1:10 – 1:17 к предельной прочности при сжатии, при этом предел прочности при изгибе равняется 1:6 – 1:10.

Максимально допустимый порог прочности состава для каждой марки индивидуален.

Составы с более высокими показателями М обладают самым низким показателем критической прочности. Достигаются критические показатели в первый сутки после заливки смеси.

Контрольные пробы

Прочность на сжатие проверяется в лабораториях по изготовленным образцам согласно требованиям ГОСТ. Однако проверить соответствие марки можно самостоятельно на стройплощадке.

Для этого нужно:

• приготовить деревянные формы с размерами внутренних граней 100х100х100 мм;
• взять пробу бетонной смеси с лотка миксера и отлить несколько кубиков в приготовленные заранее формы;
• уплотнить состав, проштыковав его в нескольких местах либо по стукав по форме молотком. Данная мера позволяет устранить пузырьки воздуха, образовавшиеся в смеси;
• выдержать полученные кубики при влажности 90% и температуре +20°С, исключая прямое воздействие лучей солнца;
• через 28 дней передать пробы бетона на лабораторию на экспертизу. Можно передать некоторые образцы на промежуточных стадиях затвердевания (на 3-ем, 7-ом и 14-ом дне) для проведения предварительной экспертизы.

Проведение этих мероприятия позволит определить соответствие марки и класса бетона, который привезли на стройплощадку, тому, что вы заказывали.

Прочность ─ свойство материала сопротивляться разруше­нию под действием внутренних напряжений, вызванных внешни­ми силами или другими факторами (стесненной усадкой, не­равномерным нагреванием и т.д.). Прочность материала оценивают пределом прочности (временным сопротивлением), оп­ределенным при данном виде деформации. Для хрупких матери­алов (природных каменных материалов, бетонов, строитель­ных растворов, кирпича и др.) основной прочностной характе­ристикой является предел прочности на сжатие.

Предел прочности на осевое сжатие R сж [МПа(кгс/см 2)] равен частному от деления разрушающей силы Р разр на первоначальную площадь поперечного сечения F [мм 2 (см 2)] образца (куба, цилиндра, призмы):

R сж =P разр / F. (21)

Для определения прочности на сжатие образцы материала подвергают действию сжимающих усилий и доводят до разруше­ния. Испытуемые образцы должны иметь правильную геометри­ческую форму (куб, параллелепипед, цилиндр). Образцы из бетона в форме кубов могут быть следующих размеров: 70х70х 70, 100х100х100, 150х150х150, 200х200х200, 300х300х300 мм.

Для испытания образцов материала на сжатие применяют гидравлические прессы и универсальные испытательные машины. Перед испытанием образец взвешивают и обмеряют. Затем его устанавливают на нижнюю опорную плиту пресса точно по ее центру, а верхнюю опорную плиту с помощью винта опускают на образец. Убедившись в правильности установки образца, включают насос пресса и прикладывают к образцу нагрузку, регулируя скорость ее нарастания (обычно в секунду 0,5-1 МПа (5-10 кгс/см 2). В момент разрушения образца, т.е. в момент наибольшей нагрузки, стрелка, связанная с силоизмерительным устройством пресса, остановится и начнет двигаться обратно. Разрушающую нагрузку фиксируют с по­мощью второй регистрирующей стрелки, которая, будучи откло­нена по шкале вместе с первой стрелкой, после ее возвраще­ния в исходное положение остается на месте и показывает значение максимальной нагрузки на образец.

Предел прочности на сжатие образца вычисляют по фор­муле (21), причем в эту формулу, как указано в соответст­вующих ГОСТах на испытание различных строительных матери­алов, обычно вводят различные коэффициенты, в т.ч. масш­табный коэффициент перехода к прочности образцов базового размера, коэффициент, учитывающий влажность образца, и другие. Например, при испытании тяжелого бетона базовым образцом является куб размерами 150х150х150 мм, для которого масштабный коэффициент равен 1. При длине ребра куба 70, 100, 200 и 300 мм предел прочности рассчитывают, пользуясь со­ответственно масштабными коэффициентами 0,85; 0,95; 1,05 и 1,10.

Иногда для определения усилий, действующих на ис­пытываемый образец, на прессе устанавливают манометр, пока­зывающий давление в цилиндре (кгс/см 2). Тогда, зная пло­щадь поршня и давление на 1 см 2 его поверхности и умножив величину давления на величину площади поршня, можно опреде­лить усилие Р разр , действующее на образец и разрушающее его.

Зная площадь F образца, на которую действует разрушаю­щая нагрузка, по формуле (21) можно вычислить предел проч­ности на сжатие (кгс/см 2 или МПа).

Полученные результаты.

Поскольку в состав затвердевшего бетона входят компоненты, являющиеся по своей природе разнородными, он является материалом конгломератного (составного типа). Поэтому одним из главных свойств, по которым можно определить качественным ли он является, можно назвать адгезию. В данной статье будет рассказано о том, что такое класс бетона, а также коснемся и других характеристик материала.

Качество материала

Под адгезией понимается то, насколько хорошо цементный камень скрепляется с частицами заполнителей. Кроме того, к основным качествам можно также отнести:

• морозостойкость ;
• водонепроницаемость ;
• прочность на сжатие и растяжение .

Когда материал находится в проектном возрасте, о его прочностных характеристиках можно судить по последним параметрам. Поэтому стоит отметить, что во время приготовления он получается неоднородным.

Колебания прочности снижаются при качественной подготовки смеси, а также при более высокой культуре строительства. Поэтому стоит запомнить, что изготовленный материал должен не только иметь средний заданный показатель, но и иметь равномерное его распределение по всей поверхности.

Определение класса

Учесть вышеописанные колебания можно в таком показателе, как класс, под которым понимается процентный показатель какого-либо свойства. К примеру, если указано, что материал имеет класс прочности 0,95, то в 95 случаях и 100 он будет иметь такой показатель.

Стоит отметить, что согласно ГОСТу, классификация бетона состоит из 18 основных классов показателей прочности на сжатие. При этом в начале название класса указывается В1, после чего идет числовое значение предела прочности, отображаемое в МПа.

Для более точного восприятия стоит привести пример. Итак, предположим, что перед нами классбетонаВ35. Это означает, что в 95 случаях из 100 он обеспечивает предел прочности на сжатие до 35 МПа.

Кроме того, существуют и другие классы прочности:

• индекс В, обозначает осевое растяжение;
• индекс Btb отображает предел растяжения при изгибе.

Помните, что предел прочности на сжатие может в 20 раз превышать аналогичное значение прочности на растяжение. Поэтому при строительстве используется стальная арматура, которая повышает несущую способность материала, цена при этом увеличивается.

Определение марки

Как утверждает стандарт СЭВ 1406-78, главным показателем прочности изделий является именно их класс. Если же во время проектирования различных изделий не учитывался данный стандарт, их прочность описывается при помощи марки.

Под ней понимают какое-либо его свойство, выраженное в численной характеристике, для расчета которой используются средние показанные результаты образцов во время испытаний. Для обозначения марки используют значения, полученные во время испытаний:

Совет: знайте, что помощи марки нельзя отобразить колебания прочности по всему объему бетонного изделия.

Марка по прочности на сжатие

1. Это одна из наиболее часто используемых характеристик бетонных конструкций.
2. Инструкция требует для ее определения использовать образцы в виде куба, имеющих длину одной стороны 150 мм.
3. Испытание проводится на протяжении условного проектного возраста – в большинстве случаев это 4 недели.

Совет: если берется серия из трех образцов, предел прочности рассчитывается по двум наибольшим из них. Для его выражения используются такие единицы – кгс/см 2 .

1. Специалисты выделяют всего 17 в зависимости от его прочности на сжатие. Для их обозначения используется индекс «М», после которого указывается число. К примеру, марка М450 означает, что такой бетон гарантирует минимальный предел прочности на сжатие в 450 кгс/см 2 .
2. Если же принимать во внимание прочность на осевое растяжение, то его марок гораздо больше – от Pt5 до Pt50 (прибавляя каждый раз по 5 кгс/см 2). К примеру, марка бетона Pt30 будет означать, что он способен выдержать осевое растяжение до 30 кгс/см 2 .
3. Для бетона, которые будет использоваться во время изготовления изгибаемых ж/б конструкций, существует также характеристика растяжения при изгибе, которая отображается при помощи индекса «Ptb».

Совет: не всегда следует проводить параллели между маркой бетона и его классом.

Классы и марки

Дело в том, что многое зависит от того, насколько материал является однородным. Для обозначения этой величины используется коэффициент вариации.

Чем ниже его числовое значение, тем большей однородностью обладает бетон. При снижении данного показателя, снижаются, соответственно, класс и марка материала. К примеру, М300, имеющий коэффициент вариации в 18%, получит класс В15, а вот при снижении до значения в 5%, класс повысится до В20.

Совет: результаты исследований доказывают, что во время изготовления бетонной смеси необходимо добиваться ее максимальной однородности.

На числовое значение прочности оказывают влияние множество факторов. Наибольшее — качество исходных компонентов, а также такой показатель, как пористость.

Для набора прочности материала, изготовленного при помощи портландцемента, требуется значительное количество времени. Кроме того, для нормального протекания процесса требуется соблюдение определенных условий.

Морозостойкость

При помощи такого показателя, как марка бетона по морозостойкости можно определить, сколько циклов замораживания и оттаивания может выдержать 28-дневный материал, теряя при этом не более 15% показателя прочности на сжатие. Для обозначения такого показателя используется индекс F, а всего существует 11 классов.

Совет: чтобы бетон обладал хорошими морозостойкими свойствами, в его составе должен быть качественный портландцемент, а также его различные модификации – сульфатостойкий, гидрофобный и т.п.

При этом существуют определенные ограничения по процентному содержанию трехкальциевого алюмината в портландцементе.

Работа с раствором в мороз

Совет: в сооружениях гидротехнического типа, обладающих маркой морозостойкости F 300, а также заполнителем диаметром не более 20 мм, объем вовлеченного воздуха должен находиться в пределах 2-4%

Вот небольшая инструкция, которой следует придерживаться:

1. Для получения высококачественного морозостойкого бетона должно соблюдаться максимально точное соотношение всех компонентов.
2. Их необходимо тщательно перемешать своими руками, получив максимально однородную смесь.
3. После этого уплотнить.
4. Обеспечить необходимые хорошие условия во время процесса затвердевания.

Совет:следите, чтобы не происходило тепловое расширение составляющих бетона, а значение воды и воздуха находились в допустимых пределах.

В ситуациях, когда осуществляется изготовление деталей, обладающих высокой степенью морозостойкости (F200 и выше), стоит помнить, что материал должен твердеть в условиях положительного значения температуры окружающей среды. Кроме того, его влажность должна сохраняться на протяжении около 10 дней.

Водопроницаемость

Марка по такому показателю, как водонепроницаемость определяется путем испытаний материала на ограниченную проницаемость во время одностороннего давления напора воды. Для ее обозначения используют индекс «W», после которого идет число.

Оно обозначает максимальное давление (в кгс/см 2), которое может выдержать исследуемый образец, диаметр и высота которого составляют 150 мм, во время определенных испытаний. К примеру, маркаW4 выдерживает напор воды в 4 кгс/см 2 . Всего существует 10 марок – от W2 до W20 (прибавляя по 2 кгс/см 2).

Существуют методы, благодаря которым можно увеличить водонепроницаемость смеси во время ее приготовления, а также методы, которые могут повысить такой показатель уже затвердевшего материала.

Вывод

В данной статье было рассказано о классах и марках бетона, которые читаются важными показателями. Они дают возможность правильного подбора материала для ремонтных и строительных работ. Также вы узнали ГОСТ на класс бетона и индексы, которыми обозначается он и марки.Видео в этой статье поможет найти вам дополнительную информацию по этой тематике.

Если тело деформировалось, то в нем возникают внутренние силы сопротивления, стремящиеся вернуть ему первоначальную форму. Существование внутренних сил обусловлено сцеплением отдельных частиц, составляющих тело. При определенных величинах внешних сил внутренние силы сопротивления возрастают настолько, что преодолевают силу сцепления частиц, и тело разрушается на части.

Способность материалов сопротивляться внутренним силам, возникающим под действием внешней нагрузки, называется прочностью. Цементный камень, образовавшийся в результате затвердевания цементного теста, обладает прочностью. В момент разрушения образцов напряжения достигают наибольших значений. Эти напряжения называются пределом прочности.

Прочность бетонов при сжатии и изгибе определяется прочностью цементного камня. Поэтому ЕN 196-1 предусматривают испытания цементных образцов на эти виды усилий. Согласно ЕN 196-1, прочность цементов при сжатии и изгибе характеризуется соответствующими пределами прочности образцов из цементного раствора определенного состава, имеющих форму прямоугольной призмы с размерами 40 х 40 х 160 мм, изготовленных и испытанных по стандартной методике.

Предел прочности при изгибе определяют испытанием образцов-призм (балочек) на изгиб, а предел прочности при сжатии — испытанием половинок этих образцов-балочек на сжатие. При испытании образцов на изгиб в цементной балочке возникает сложное напряженное состояние, при котором в верхней части сечения развиваются напряжения сжатия, а в нижней - растяжения.

Предел прочности при сжатии цементных образцов в возрасте 28 суток, изготовленных, твердевших и испытанных по стандарту, называется активностью цемента. Активность (прочность) цемента положена в основу классификации его на марки. Марка цемента является основной технической характеристикой цемента. Она необходима при расчете и назначении составов бетонов и растворов.

2. Сущность испытания

Испытание на изгиб:

Осуществляется с использованием специальной комбинированной машины для испытаний образцов из раствора или с использованием специального приспособления, вставляемого в пресс. Машина для испытаний на изгиб должна обладать диапазоном нагружения до 10 кН с точностью до ±1,0 % приложенного усилия и скоростью нагружения образцов 50±10 Н/сек.

При нагружении образцов опоры и верхняя часть должны иметь круглую форму диаметром 10,0±0,5 мм, а расстояние между нижними опорами — 100±0,5 мм. Длина опорных элементов — от 45 до 50 мм.

Схематически нагружение образца при определении прочности на изгиб осуществляется по приведенной схеме (рис. 1):

Предел прочности образца при изгибе Rf вычисляется по следующей формуле:

Рис. 1. Схема расположения цементной балочки на опорных элементах

где:

Rƒ — предел прочности при изгибе (в МПа);
b — ширина поперечного сечения призмы (в мм);
Fƒ — максимальная нагрузка, предшествующая моменту разрушения образца (в ньютонах);
l — расстояние между опорными элементами (в мм).
Испытание на изгиб проводится до разрушения образца на две половинки (рис. 2).

Испытание на сжатие:

Осуществляется с использованием специальной комбинированной машины для испытаний половинок образцов из раствора с фиксированной площадью 1600 мм2. Результаты представляются в МПа (соответствует Н/мм2). Усилие прилагается вертикально до момента разрушения.

Визуально это выглядит следующим образом (рис. 3):

Предел прочности образца на сжатие Rс вычисляется по следующей формуле:

где:
Rс — предел прочности на сжатие (в мегаПаскалях);
Fс — максимальное усилие, предшествующее разрушению образца;
1600 — площадь накладных пластин, (40х40 мм) мм2.

3. Средства контроля и вспомогательное оборудование

Различные комбинированные машины для испытаний на сжатие и изгиб с диапазоном измерений до 200 кН выполнены в соответствии с EN 196-1 (рис. 5, 6, 7 и 12).

4. Подготовка и проведение испытания

После выдержки образцов в воде их вынимают из ванны (рис. 6), просушивают, после чего они готовы к проведению испытаний. Возраст образцов определяется со времени затворения цемента водой. Испытания цементных призмочек, согласно EN 196-1, проводятся в следующем «возрасте» и со следующими возможными отклонениями по времени их испытания:

Рис. 2. Цементная балочка перед испытанием на изгиб

Прочность при сжатии – важное механическое свойство. Характеризуется пределом прочности породы при сжатии в сухом состоянии. Действующий стандарт на блоки подразделяет породы по Этому показателю на три класса: прочные (свыше 80 МПа), средней прочности (40-80 МПа), и низкопрочные (5-40 МПа).

Рис. 16. Схема гидравлического пресса для испытаний образцов на сжатие

Стандарт на камни бортовые (ГОСТ 6666-81) допускает изготовление этой продукции из горных пород с пределом прочности при сжатии не ниже, МПа: для изверженных пород – 90, метаморфических и осадочных – 60. Стандарт на камни брусчатые (ГОСТ 23668-79) допускает изготовление их из изверженных пород с пределом прочности не ниже 100 МПа. Стеновые камни из горных пород (ГОСТ 4001 – 84) в зависимости от предела прочности при сжатии подразделяются на 14 марок (от 4 до 400).

1 – станина; 2 – гидроцилиндр; 3 – поршень, 4 – нижняя плита; 5 – испытываемый образец камня; в – верхняя плита; 7 – установочный винт; 8 – манометры; 9 – насос

Определение предела прочности горных пород при сжатии производят на пяти образцах кубической формы с ребром 40-50 мм или цилиндрах диаметром и высотой 40 – 50 мм. Каждый образец перед испытанием очищают щеткой от рыхлых частиц, пыли и высушивают до постоянной массы. Затем тщательно обрабатывают на шлифовальном станке грани образцов, к которым будет приложена нагрузка, для обеспечения их параллельности. После этого образцы измеряют штангенциркулем, устанавливают в центре опорной плиты пресса (рис. 16), имеющей разметку для центровки образцов, и прижимают верхней плитой пресса, которая должна плотно прилегать по всей поверхности верхней грани образцов.

Нагрузку на образец при испытании увеличивают непрерывно и постоянно со скоростью, обеспечивающей его разрушение через 20-60 с после начала испытаний. Величина разрушающей нагрузки должна составлять не менее 10 % от предельно развиваемого прессом усилия. Момент разрушения образца устанавливают по началу обратного движения указательной стрелки силоизмерителя при работающем нагружающем устройстве.

Предельную (разрушающую) нагрузку определяют по положению -фиксирующей стрелки пресса. Если она отсутствует, надо внимательно следить за указательной стрелкой. За предельную нагрузку принимают наибольшее число делений, достигнутое движущейся стрелкой. При испытаниях образцов низкопрочных пород разрушение более продолжительно и нередко наблюдается плавный сброс нагрузки; в этом случае за предельную нагрузку принимают наибольшее число делений по шкале, которое было достигнуто указательной стрелкой.

Для вычисления предела прочности при сжатии определяют разрушающее усилие непосредственно по силоизмерителю или по тарировочным таблицам, прилагаемым прессу. При использовании манометров разрушающее усилие может быть определено как произведение площади поршня пресса на максимальное давление масла в прессе в момент разрушения образца (по показанию манометра).

Предел прочности образца при сжатии R сж, МПа, вычисляют с точностью до I МПа по формуле

R сж = P(10*F),

где P – разрушающее усилие пресса, Н; F – площадь поперечного сечения образца, м 2 .

Предел прочности породы при сжатии вычисляют как среднее арифметическое результатов испытаний пяти образцов. Значения этого показателя для большинства видов облицовочного камня, используемого в строительстве, даны в приложении.

Кроме предела прочности горных пород при сжатии в сухом состоянии, в процессе проведения испытания обычно определяют также и значение этого показателя у пород в водонасыщенном состоянии, что необходимо для оценки размягчения породы. Эти испытания проводятся аналогично вышеописанным (испытания сухих образцов) с той лишь разницей, что перед раздавливанием на прессе образцы выдерживаются в сосуде с водой комнатной температуры в течение 48 ч.