Добавить в закладки

Испытание бетона на прочность разрушающими и неразрушающими методами

Испытание прочности бетона является обязательным мероприятием при осуществлении капитального строительства. Выполняется оно для максимально точного и объективного установления механических характеристик материала, что позволяет прогнозировать его поведение  при воздействии различных нагрузок.

Важность подобных испытаний и правильной интерпретации их результатов сложно переоценить. Вот почему специалисты рекомендуют выполнять такие проверки в любом случае, вне зависимости от назначения конструкции и масштаба строительства.

Узнать, какую нагрузку выдержит конструкция, можно несколькими способами

Узнать, какую нагрузку выдержит конструкция, можно несколькими способами

Факторы, влияющие на прочность

Прежде чем анализировать, какие  испытания бетона на прочность по ГОСТу нужно проводить, стоит разобраться с показателями, которые определяют механические характеристики материала.

Варианты структуры

Варианты структуры

Прочность бетона – это его способность воспринимать нагрузки и усилия (растяжение, сжатие, изгиб, сдвиг) и оказывать им сопротивления за счет внутреннего напряжения.

При этом материал не должен разрушаться в том или ином виде (расколы, трещины, расслоение).

  • Эта характеристика в первую очередь обеспечивается составом материала. Ключевую роль в формировании прочности играет марка цемента – чем она выше, тем большую нагрузку может выдержать конструкция.

Обратите внимание! Цена низкомарочных составов будет существенно меньше, чем высокомарочных, потому часто возникает желание сэкономить. Иногда сокращение расходов действительно является уместным как с финансовой, так и с инженерной точки зрения, но чаще всего это только снижает эксплуатационные качества и сокращает срок службы конструкции.

  • Кроме собственно цемента, песка и наполнителя важную роль играют модификаторы. Эти вещества вносятся в раствор в относительно небольших объемах, но существенно изменяют его свойства, увеличивая текучесть, прочность, ускоряя застывание и т.д.
  • Для более эффективного и равномерного распределения нагрузок в бетоне проводится его армирование – закладка металлической проволоки и прутьев в толщу материала. Эта методика укрепления позволяет справиться с низкой эластичностью.
Тип и конфигурация арматуры также влияют на прочность конструкции в целом

Тип и конфигурация арматуры также влияют на прочность конструкции в целом

  • Наконец, важными являются также условия заливки и застывания цементного раствора. Все дело в том, что для набора прочности необходимо уплотнение материала для удаления воздуха и гидратация цемента – реакция его гранул с водой. Скорость этого процесса зависит от температуры, и потому в зиме время бетон нужно либо обеспечить качественной теплоизоляцией, либо дополнительно прогревать.
  • Другой аспект процесса набора прочности – испарение жидкости. Если раствор высохнет быстрее, чем весь цемент прореагирует с водой, то плотность бетонного монолита будет неоднородной. Чтобы избежать этого, специалисты искусственно замедляют высыхание поверхностных слоев материала, укрывая их полиэтиленом или мешковиной и дополнительно смачивая.
Чтобы жидкость не испарялась слишком быстро, раствор накрываем пленкой

Чтобы жидкость не испарялась слишком быстро, раствор накрываем пленкой

В результате мы видим, что прочность  — это интегральный показатель, который обеспечивается взаимодействием многих факторов. С помощью расчетов можно только приблизительно определить, насколько устойчив будет залитый бетон, потому в сложных ситуациях используются методики инструментального контроля.

Методики  контроля

Обзор методов

На сегодняшний день прочность определяется по нескольким методам.

Среди них:

  • Исследование стандартных образцов. Для этого из раствора с известными пропорциями изготавливаются кубические или цилиндрические фрагменты, которые просушиваются в формах в течение 28 суток. Затем образцы испытываются в специальном прессе, после чего делается вывод об их прочностных характеристиках.
Бетонный цилиндр, разрушенный под прессом

Бетонный цилиндр, разрушенный под прессом

  • Исследование кернов. Из застывшего бетона вырубается (в последнее время все чаще применяется бурение с использованием алмазных коронок) монолит, который затем подвергается лабораторным тестам. Как и в предыдущем случае, наиболее распространенным является разрушающее испытание под прессом.

Обратите внимание! Недостатком данной группы методов является сложность извлечения образца и высокая стоимость процедуры. Кроме того, при неправильном выборе точки для отбора проб существует риск снижения несущих характеристик конструкции в целом.

  • Неразрушающий контроль. Эта группа методов отличается от двух предыдущих тем, что измеряется не прочность бетона сама по себе, а другие показатели, которые напрямую связаны с механической устойчивостью. Методики неразрушающего контроля являются менее трудоемкими, но и точность у них будет несколько ниже. Впрочем, для решения большинства инженерных задач ее вполне хватает.

Все эти методы могут применяться как в массовом, так и в частном строительстве. Порядок проведения контрольных мероприятий регулируется ГОСТ Р — 53231-2008 «Контроль и оценка прочности бетонов» и рядом других нормативов.

Методы неразрушающего измерения позволяют работать с уже возведенными сооружениями

Методы неразрушающего измерения позволяют работать с уже возведенными сооружениями

Изготовление и обработка образцов

Наиболее распространенным методом является испытание кубиков бетона на прочность.

Для этого выполняют такую подготовительную работу:

Отлитые образцы

Отлитые образцы

  • Из партии раствора отбирают несколько проб бетона, объем которых будет достаточен для изготовления серии образцов нужного размера.

Обратите внимание! При отборе материала его не следует дополнительно перемешивать, удалять или вносить наполнитель и т.д.

  • Путем заливки в стандартизированные формы изготавливаются образцы, конфигурация и габариты которых соответствуют типу исследования. Как правило, заполнение форм осуществляется не позднее, чем через 20-30 минут после отбора.

Нормативные документы допускают применение таких контрольных проб:

Вид исследования Форма образца Линейные размеры, мм
Контроль прочности на сжатие или растяжение Кубическая От 100х100 до 300х300
Цилиндрическая Диаметр от 100 до 300, высота не меньше величины диаметра
Контроль осевого растяжения Призматическая От 100х100х400 до 300х300х1200
Цилиндрическая Диаметр от 100 до 300, высота не меньше двух величин диаметра
Контроль прочности растяжения при изгибе Призматическая От 100х100х400 до 300х300х1200
  • Также допускается выпиливание монолитов из застывшего бетона или выбуривание их с использованием алмазных коронок.
  • Извлечение осуществляется без предварительного увлажнения материала, по схемам, утвержденным ГОСТом (приводятся в качестве иллюстраций в статье).
Схемы вырубки монолитов

Схемы вырубки монолитов

  • Инструкция допускает к испытанию образцы, не имеющие видимых дефектов – сколов, трещин, раковин диаметром более 10 мм и т.д.

Обратите внимание! Наличие наплывов раствора на образцах, полученных путем отливки в форму, допускается, однако перед проведением контроля они должны быть удалены с помощью абразива.

Разрушающий контроль

Лаборатория испытания бетона на прочность разные формы контроля выполняет по разным технологическим схемам.

Контроль прочности на сжатие проводится так:

  • Образец (куб или цилиндр) устанавливаем на нижнюю плиту пресса.
  • Верхняя плита постепенно опускается, создавая нагрузку на бетон. Скорость нагружения принимают равной около 0,5 -0,6МПа/с.
  • Образец нагружается до тех пор, пока не разрушится. При этом схема раскола должна соответствовать указанной в нормативных документах. В противном случае результат не учитывается, о чем делается соответствующая запись в журнале (также информация может заноситься и в протокол испытания или иной документ).

Обратите внимание! Прочность на растяжение при раскалывании испытывают по аналогичной схеме, с той лишь разницей, что давление осуществляется с использованием специальной заостренной насадки.

Протокол испытаний бетона на прочность класса В20:  образец оформления

Протокол испытаний бетона на прочность класса В20:  образец оформления

Контроль растяжения на изгибе выполняется иначе:

  • Вытянутую призму укладываем в горизонтальном положении в испытательную машину.
  • На центральную часть призмы оказываем давление со скоростью нарастания нагрузки около 0,5 МПа/с.
  • Для учета образца в ходе контроля необходимо, чтобы линия разрушения прошла в средней части пробы, причем разлом был наклонен не более чем на 150 от вертикальной оси.
Воздействие на призму при изгибающей нагрузке

Воздействие на призму при изгибающей нагрузке

На основании полученных данных высчитывается прочность бетона. Достаточная точность определения согласно ГОСТу составляет 0,1МПа.

В принципе, при наличии доступа к прессу с прибором для контроля нагрузки оценить прочность образца можно и своими руками.

К примеру, устойчивость на сжатие вычисляется по следующей формуле:

R = (F/A) * K, где

  • R – искомая величина прочности.
  • F – разрушающее усилие в Ньютонах.
  • A – площадь образца, мм2.
  • K – коэффициент поправки для учета влажности пористых и ячеистых материалов.

Неразрушающий контроль

Основные методы

Перечисленные выше методики являются достаточно точными, однако для них характерен ряд недостатков. И главное – они не позволяют проверить прочность материала в целой конструкции, что иногда бывает необходимо. Для этой цели обычно применяется так называемый неразрушающий контроль.

Использование склерометра

Использование склерометра

Как мы отмечали выше, при этом замеряется не сама прочность материала, а косвенные показатели.

К ним относят:

  • Измерение параметров отскока твердых предметов от поверхности бетона. Данная методика достаточно распространена и используется в различных модификациях склерометров (пример на изображении выше).
  • Измерение параметров деформации бетона в месте удара (чаще всего удар наносится стальным шариком фиксированного диаметра и массы). Для реализации подобной методики применяется так называемый «молоток Кашкарова».
Молоток Кашкарова

Молоток Кашкарова

  • Учет энергии импульса при воздействии бойка специального прибора на поверхность бетона.
  • Замер скорости распространения ультразвука в толще материала. Эта методика является оптимальной для выявления скрытых дефектов во внутренних слоях бетона.

Принимая во внимание косвенный характер данных методов, специалисты рекомендуют использовать их в комплексе, согласуя результаты для получения единой картины.

Метод отрыва

Отдельную группу методик составляют так называемые прямые способы неразрушающего контроля. К ним относятся проверки на отрыв и на скол. Они показывают удовлетворительные результаты, потому на их описании стоит остановиться отдельно.

Отрывной контроль проводится так:

  • На поверхность наклеивается стальной диск, соединенный с механизмом, обеспечивающим дозированное отрывающее усилие.
  • Для приклеивания согласно требованиям ГОСТ используются составы ЭД16 или ЭД20.
  • После полимеризации состава к диску прикладывается усилие до тех пор, пока фрагмент бетона не будет оторван. Параметры воздействия замеряются, на основании чего делается вывод о механических характеристиках раствора.
Контроль методом отрыва

Контроль методом отрыва

Обратите внимание! В РФ данная методика применяется редко, поскольку климатические условия на большей части территории страны не обеспечивают полноценную полимеризацию клея. В то же время ее эффективность достаточна для того, чтобы использовать отрывной контроль в качестве ориентировочного или вспомогательного.

Метод скалывания ребра

Одной из модификаций отрывного контроля является методика скалывания ребра:

  • На внешний угол конструкции устанавливается специальный инструмент, рабочая часть которого напоминает струбцину. Подвижные элементы зажимаются винтом до тех пор, пока инструмент не будет надежно зафиксирован.
  • Затем через захват подается усилие, которое приводит к скалыванию ребра в месте контакта со струбциной частью. По величине усилия делается вывод о прочности бетона.
  • Недостаток подобной методики очевиден: контролировать характеристики можно далеко не везде. Именно поэтому несколько лет назад на рынок была выпущена модификация такого устройства, которая может использоваться на ровных участках. При этом для фиксации инструмента применяется дюбель.
Фото струбцины для скалывания бетонного ребра

Фото струбцины для скалывания бетонного ребра

Обратите внимание! Для работы подобного устройства необходима достаточно мощная ударная дрель или перфоратор, что существенно усложняет процесс контроля.

  Реклама

Вывод

Описанные выше методы испытания бетона на прочность при условии правильной реализации демонстрируют достаточную эффективность. Их использование (как мы уже отмечали, для наилучших результатов оно должно быть комплексным) позволяет оценить свойства конструкции, спрогнозировать ее реакцию на различные нагрузки и при необходимости – спланировать мероприятия по устранению недостатков.

Конечно, на практике с этим могут справиться только профессионалы, однако и новичок, внимательно изучивший видео в этой статье, сможет выполнить хотя бы приблизительную оценку.

Нажимая на кнопку, вы даёте согласие на обработку своих персональных данных


Добавить в избранное Версия для печати
Поделитесь:
Опубликовано: 25.02.2015