книги / Метрология, стандартизация, сертификация в строительном материаловедении.-1

тоны, в которых в качестве крупного заполнителя используется известняк, имеют прочность 7–40 МПа, а на гранитном заполнителе – 10–60 МПа. У специальных бетонов прочность на сжатие может достигать 120 МПа. Прочность бетона зависит от его состава, прочностных и геометрических характеристик исходного материала, активности цемента и других факторов.

Все конструктивные бетоны в зависимости от их прочности подразделяются на классы.

Класс бетона по прочности – показатель, характери-

зующий прочность бетона, устанавливаемый техническими нормами в зависимости от основных эксплуатационных характеристик или свойств материалов.

Согласно СНИП 2.03.01–84 при проектировании строительных конструкций принимают классы по прочно-

сти: В3,5; В5; В7,5; В 10; В 12,5; В 15; В20; В25; ВЗО; В35;

В40; В45; В50; В55; В60.

Классы характеризуются прочностью R, которая является исходной величиной для определения Rc, Rb, Rbn, Rbt, Rbtn, Rbp и других и исходной величиной для расчета состава бетонной смеси. Фактическая прочность бетона R должна соответствовать (но не равна) значению прочности заданного класса с определенной степенью обеспеченности, величина которой нормируется и в соответствии с ГОСТ

25192 составляет 0,95.

Значение класса бетона принимают при проектировании строительных конструкций в зависимости от их назначения, условий эксплуатации, геометрических размеров и экономических соображений. Так, для плит перекрытий используется бетон В20, для колонн – В25, для

291

свай – В30, при строительстве Останкинской башни применялся бетон В50.

По своей природе бетон является неоднородным материалом, и в одной конструкции прочность может изменяться в некоторых пределах.

Определение фактической прочности бетона непосредственно в строительных конструкциях является сложной технической задачей. Для человечества такая проблема возникла одновременно с появлением бетона и решалась по-разному в зависимости от уровня технического развития. Сложность проблемы заключалась еще и в том, что в природе отсутствует такая физическая величина, как прочность. Эту задачу можно решить только путем использования косвенных величин, связанных с прочностью. Одной из первых косвенных величин было усилие (Р), при достижении которого разрушался бетонный кубик или цилиндр. Данную величину можно замерить различными способами. Разделив усилие на площадь поперечного сечения, получим искомое значение прочности бетона на сжатие, из которого изготовлен кубик. В дальнейшем в качестве косвенных характеристик использовались диаметр отпечатков, усилие взрыва анкерного стержня, величина отскока упругого тела, скорость ультразвука, форма ударного импульса и другие.

В последующих главах рассмотрим способы применения различных косвенных характеристик и методы определения прочности бетона в строительных конструкциях.

292

5.4.1. Классификация методов определения прочности бетона

Развитие теоретических и экспериментальных исследований в области контроля качества привело к появлению значительного количества методов оценки прочности бетона. Каждый из существующих методов имеет определенную область применения, свои достоинства и недостатки, требует использования простого устройства или сложного электронного прибора. Для более полного понимания сущности этих методов необходимо провести их классификацию.

Основным признаком классификации является физическая сущность, положенная в основу метода. По способу воздействия на конструкцию методы принято разделять на разрушающие, с местным разрушением и неразрушающие. Такая классификация более полно отражает сущность метода и исходит из следующих условий. Если после испытаний образец разрушен и не пригоден для дальнейшего использования по своему назначению, такой метод классифицируется как разрушающий. Если конструкция остается пригодной к эксплуатации, но после испытания требуется ее ремонт, такой метод следует отнести к методам с местным (локальным) разрушением. Неразрушающие методы предусматривают такое воздействие на конструкцию, которое не отражается на ее эксплуатационной способности.

Разрушающие методы

В основу метода положено испытание до разрушения контрольных образцов, изготовленных из того же бетона и по той же технологии, что и строительная конструкция. При этом принято условие, что прочность бетона в кон-

293

трольных образцах такая же, как и в конструкции. Данным методом определяется прочность на сжатие Rс и на растяжение Rbt. В России и странах СНГ в качестве контрольных образцов используют кубы размером 100× 100× 100 мм, 150× 150× 150 мм, 200× 200× 200 мм и балочки размером 100× 100× 400 мм или 150× 150× 600 мм. В зарубежных странах в качестве контрольных образцов используют цилинд-

ры 100× 100× 400 мм.

Образцы для испытания (кубы и цилиндры) могут быть выпилены непосредственно из строительной конструкции. В этом случае определяют прочность бетона непосредственно в конструкции. Однако в процессе выпиливания возникают микроразрушения на поверхности образца, и полученная прочность может быть занижена.

Метод местного (локального) разрушения бетона.

Этот метод, в свою очередь, включает группу самостоятельных методов, основанных на разрушении бетона на определенном участке конструкции.

Метод отрыва со скалыванием основан на исполь-

зовании зависимости усилия, необходимого для вырывания анкерного стержня из бетона, от прочности данного бетона. Вместе с анкерным стержнем вырывается часть бетона конической формы.

Метод скалывания углов основан на использовании зависимости усилия, необходимого для скалывания угла вконструкции наопределенной длине, от прочностибетона.

Огнестрельный метод. В основу метода положена зависимость объема разрушенного бетона при соударении о него пули при стрельбе из пистолета от прочности бетона.

294

Неразрушающие методы определения прочности бетона

Существует целая группа методов, позволяющих без разрушения бетона определять его прочность, при этом используются различные косвенные величины, имеющие связь с прочностью.

Склерометрический метод или метод пластических деформаций. Основан на использовании зависимости диаметра отпечатка, полученного вследствие пластических деформаций бетона от удара о его поверхность сферическим упругим телом, например шариком, от прочности бетона. В этом случае учитываются только пластические свойства бетона.

Метод упругого отскока основан на использовании зависимости величины отскока упругого тела при соударении его о поверхность бетона от прочности этого бетона.

Ультразвуковой импульсный метод. Используется зависимость скорости распространения импульсного ультразвука от прочности бетона.

Метод ударного импульса. В основу метода поло-

жено преобразование энергии удара бойка в электрический импульс, а прочность бетона определяют по форме электрического сигнала, которая зависит от упругих и пластических свойств материала.

5.4.2. Механический разрушающий метод

Метод основан на испытании механическим способом до разрушения контрольных образцов. Прочность определяют по величине разрушающей нагрузки:

295

где R – прочностная характеристика бетона Rc, Rb, Рbt, МПа или кгс/см2; Р – усилие, при котором разрушается образец, кН или кгс; f – аналитическая зависимость между усилием и прочностью:

см2; α – масштабный коэффициент.

Данный метод является практически одним из первых. Упоминание о нем можно найти в работах, посвященных возможности использования бетона в строительстве. Основные теоретические исследования были проведены А.А. Гвоздевым, Б.Г. Скрамтаевым, О.Я. Бергом при изучении теории прочности бетона и железобетона, а наибольшее развитие он получил в 50-х гг. одновременно с развитием строительной индустрии.

Разрушающим методом определяют основные прочностные и деформативные характеристики бетона, к которым относятся: прочность на сжатие Rc, призменная прочность Rb, прочность на растяжение Rbt, модуль упругости Eb, коэффициент Пуассона µ.

Прочность бетона на сжатие определяют путем испытания до разрушения на гидравлических прессах контрольных образцов в виде кубов с размерами граней:

100× 400 мм. Размер образцов выбирают с учетом вида бетона и диаметра крупного заполнителя. На заводах

296

ЖБИ при контроле прочности тяжелого бетона используют образцы в виде кубов с размером ребра 100 мм, а для легких бетонов – 150 мм. На строительных площадках применяют кубы с ребром 150 мм. Образцы изготавливают сериями в разъемных металлических формах, отвечающих требованиям ГОСТ 22655, из того же бетона, что и строительная конструкция, и для них применяют аналогичную термовлажностную обработку.

Каждая серия должна состоять из трех образцов, а количество серий зависит от сложности конструкции, степени однородности бетона, изменчивости технологического процесса и внешней среды. При изменении одного из указанных параметров необходимо проводить новые испытания. Как правило, изготовление и испытание образцов выполняют на стадиях распалубки, передачи на бетон предварительного напряжения арматуры и загружения конструкции внешней нагрузкой (транспортной, монтажной, эксплуатационной).

Испытания образцов проводят в специализированных лабораториях на гидравлических прессах соответствующей мощности. Перед испытанием образцы выдерживают в течение суток после распалубки в помещении с нормальной влажностью и температурой в пределах 18–20 °С. За это время бетон в образцах приобретает нормальную влажность и температуру.

Во время испытания необходимо обращать внимание на некоторые требования, невыполнение которых приводит к неправильной оценке прочности бетона. На опорной плите пресса кубик должен устанавливаться таким образом, чтобы усилие сжатия создавалось в направлении, перпендикулярном направлению бетонирования, а сам обра-

297

зец необходимо центрировать по его вертикальной геометрической оси, которая должна совпадать с центром шарниров пресса. Для этих целей плиты пресса имеют разметочные линии. В случае плохого центрирования у образцов скалываются углы и прочность получается заниженной.

Нагрузку следует прикладывать равномерно, без пульсации, со скоростью не более 6 ± 2 кгс/см2 в секунду. Повышение скорости приложения нагрузки приводит к увеличению разрушающего усилия, поскольку не успевают развиться микротрещины по всемуобъемубетона.

Под действием силы сжатия вертикальные ребра в образце деформируются и укорачиваются. Одновременно с этим в горизонтальных ребрах возникают деформации растяжения. Силы трения, возникающие на горизонтальных поверхностях, соприкасающихся с плитами пресса, оказывают сопротивление свободному поперечному расширению кубика, в связи с чем в бетоне появляются касательные напряжения (рис. 5.5, а). Под действием такого загружения во время разрушения кубик приобретает обычно форму двух усеченных пирамид, сложенных своими малыми основаниями (рис. 5.5, б). Если между поверхностью бетона и плитами пресса случайно попадает смазка, которая почти полностью уничтожит трение, касательные напряжения возникать не будут (рис. 5.5, в) и разрушенный образец примет вид, изображенный на рис. 5.5, г. Разрушающая нагрузка в этом случае будет значительно меньше, чем при наличии сил трения.

При испытании кубов различного размера, изготовленных из одного замеса бетона, прочность получается неодинаковой. Чем меньше размер образца, тем прочность выше. Это объясняется проявлением неоднородности бетона,

298

Рабочую площадь поперечного сечения образцов определяют как среднее арифметическое значение площадей двух противоположных граней, соприкасающихся с плитами пресса.

Прочность бетона вычисляют для каждого образца в серии по формуле

где Rс – прочность бетона на сжатие, МПа или кгс/см2; α – масштабный коэффициент, принимается по табл. 5.4; А – средняя площадь рабочего сечения образца, см2; Кw – коэффициент, учитывающий влажность бетона в образце, для тяжелого бетона, Кw = 1.

По результатам испытания отдельных образцов определяют прочность бетона в серии, при этом предварительно отбраковывают аномальные результаты. Для отбраковки аномальных результатов сравнивают значение прочности образцов в серии, показавших наибольшую Rimax наименьшую Rimin, со средней прочностью Rср в серии.

Если условия (5.11) и (5.12) не выполняются, то отбрасываются значения Rimax или Rimin, которые приводят к невыполнению этих условий.

300