Испытания кубов бетона на прочность

Как проходят исследования бетона 

Одним из важнейших строительных материалов является бетон. Его используют во множестве видов строительных работ: при создании фундамента, кирпичной кладки и т.д. Поэтому эксплуатационные характеристики бетонного раствора особенно важны в строительстве, ведь от него зависят безопасность и долговечность конструкции.

Эксплуатационные характеристики должны соответствовать установленным нормам и стандартам. Чтобы проверить качество бетона, его испытывают на прочность, плотность, морозостойкость и водонепроницаемость. В результате проверки оформляется протокол, который является доказательством соответствия бетона нормативам государства.

Как испытывают бетон на прочность – методы

Есть две основные группы методов испытания бетона: разрушающие и неразрушающие. Те или иные методы выбирают в зависимости от целей проведения исследования, требований к точности получаемых измерений и времени. 

Неразрушающие методы

Испытание бетона на прочность неразрушающими методами предполагает исследование, не содержащее разрушающего воздействия на конструкцию. Неразрушающие методы бывают прямые и косвенные. 

 Прямые неразрушающие методы – это методы, которые механически воздействуют на поверхность бетона посредством отрыва, отрыва со скалыванием и скалывания ребра.

- Метод отрыва – выполняется с помощью стального диска. Его приклеивают к поверхности изделия эпоксидным клеем, а затем отрывают с фрагментом конструкции. При этом важен показатель усилия, которое потребовалось для отрыва части конструкции. По специальной формуле этот показатель переводят в нужную величину.  

- Метод отрыва со скалыванием – выполняется с помощью лепестковых анкеров, которые вкладывают в пробуренные шпуры, после чего часть бетона достают. При этом также замеряют разрушающее усилие.

- Метод скалывания ребра – выполняется на угловых частях конструкции: перекрытиях, колоннах, балках. На выступающий сегмент с анкером закрепляют специальный прибор и плавно его нагружают. Когда происходит разрушение, фиксируют показатели глубины скола и усилия. Затем показатели пересчитывают по специальной формуле.

 Косвенные неразрушающие методы  – это методы, которые не предполагают даже частичного разрушения конструкции. С их помощью измеряют показатели бетона косвенным путем, с помощью применения специальных приборов. Данные, полученные таким путем, не дают прямых показателей, поэтому результаты должны корректироваться по нормативам ГОСТ с помощью графиков, зависимостей и вычислений. К косвенным неразрушающим методам относятся метод упругого отскока, ударного импульса, пластической деформации и ультразвуковой метод.  

- Метод упругого отскока – определяет параметры отскока бойка при ударе его о поверхность бетона.

- Метод ударного импульса – предполагает воздействие на бетон металлического бойка сферической формы. При этом специальные приборы фиксируют параметры электрического сигнала, в который преобразуется ударный импульс.

- Метод пластической деформации – измеряет прочность бетона, ударяя о него металлический шарик до появления вмятины на поверхности исследуемого материала. Прочность вычисляется с помощью показателей силы удара, необходимого для появления вмятины и размеров появившегося углубления.

- Ультразвуковой метод – измеряется скорость распространения волн аппарата, которая видоизменяется в зависимости от плотности и структуры бетона.

Методы неразрушающего контроля дают менее точные показатели, чем разрушающие методы. Зато они не предполагают полного разрушения объекта. Чтобы получить более точный результат исследования неразрушающими методами, можно применить комплекс методов и сопоставить результат.  

Разрушающие методы

 Испытание бетона на прочность разрушающими методами предполагает обследование образцов с помощью их разрушения. При этом исследуют специально изготовленные образцы или выпиленные части монолитной конструкции. Такой способ может привести к полному или частичному разрушению всей конструкции, но он дает более точные результаты, чем неразрушающие методы. Проверка бетона на прочность разрушающим методом предполагает механическое воздействие на кубы и керны (цилиндры).

Испытание кубиков бетона проводится с помощью изготовления образцов из бетонной смеси. Кубики для проверки бетона изготавливаются в размерах 200х200х200мм, 150х150х150мм, 70х70х70мм, 100х100х100мм, для испытаний на прессе. Если в лабораторию поступают образцы, геометриях которых не соответствует требованиям ГОСТ, то перед испытаниями их обрабатывают до необходимых параметров. Если это невозможно, образцы не принимаются к исследованию.

 Испытание кернов бетона предполагает выбуривание кернов из конструкций зданий, колонн, фундаментов, перекрытий или стен специальным керноотборником. Из полученных цилиндров изготавливают контрольные образцы в соответствии с требованиями ГОСТ 28570-90. При этом минимальный размер образца должен превышать размер крупного заполнителя в 2-3 раза. Точные размеры зависят от вида испытания.

Разрушающие методы требуют более сложной подготовки, они занимают большее количество времени, при этом целостность объекта нарушается. Но именно разрушающие методы дают наиболее точные данные.

Как отбирают пробы бетона

 Важно осуществить качественный отбор пробы бетона, так как она существенно повлияет на результаты испытаний, их достоверность и релевантность.

Чтобы сделать качественный отбор бетонного раствора, руководствуются следующими правилами: 
1. Пробы отбирают на месте укладки смеси, если идет процесс производства сборных и монолитных конструкций. Если пробы берут при отпуске товарной смеси, то делают это на месте укладки.
2. Пробу для испытаний отбирают перед началом бетонирования. При этом отбирается смесь из средней части замеса.
3. Если раствор подается ленточными транспортерами ил бетононасосами, то ее отбирают в три приема в случайные моменты времени в течение не более 10 мин.
4. Масса материала должна быть как минимум равна двум определениям всех контролируемых показателей качества бетонной смеси.
5. После сбора бетона, его дополнительно перемешивают. Если смесь содержит содержащие воздухововлекающие, газообразующие и пенообразующие добавки, ее не перемешивают. Также не перемешивают смесь, если она подогрета.
6. Испытание или изготовление образцов начинается не позднее чем через 10 мин после отбора пробы.
7. Не допускается изменение температуры образца более чем на 5 °С.
8. Предпринимаются меры для сохранения влаги или для увлажнения смеси.
9. Средства измерения, а также аттестация должны проверяться в соответствии с ГОСТ 8.001, ГОСТ 8.326, ГОСТ 8.383.

Результаты определения показателей качества смеси заносятся в специальный журнал с указанием организации-изготовителя, наименования смеси и показателя качества, температуры бетона и результатов исследования.  

Как подготовить материал для исследований

 Качество проведенного исследования во многом зависит от отобранных образцов. Важно, чтобы кубы были подготовлены правильно. Для этого необходимо соблюдать технологию подготовки материала, она включает следующие процедуры:
1. Для изготовления образцов-кубов нужны сборные металлические формы из нескольких ячеек. Их смазывают специальной смазкой.
2. Если смесь поступила в бетономешалке, то ее набирают из лотка мешалки ведром или тачкой. При этом сбор смеси начинают после того, как часть выгрузится – для образца лучше собирать смесь из середины миксера.
3. Смесь перемешивают кельмой или металлическим совком, после чего собирают ее в подготовленные формы.
4. Смесь в формочках штыкуют специальной штыковкой по 10 раз каждый кубик.
5. Проштыкованные формы нужно провибрировать на виброплощадке. Так из раствора выйдет воздух. Если виброплощадки нет в наличии, формочки со смесью около 15 раз ударяют об пол – это также помогает выгнать воздух.
6. Свежий образец маркируют, написав на бумажке дату заливки, класс бетона, название бетонируемой конструкции, оси и т.д.Бумажку приклеивают на поверхность образца.
7. Для предотвращения испарения влаги формы закрывают пленкой. Для высыхания их нужно убрать в помещение с температурой воздуха +20°С. и влажностью 95%, если это возможно. Если обеспечить такие условия нет возможности, то затвердевшие и распалубленные кубики для проверки бетона помещают в ящик с влажными опилками, во влажный песок или оборачивают во влажную ткань. Хранят их при плюсовой температуре.
8. Кубики извлекают из формочек только после достижения ими распалубочной прочности, то есть не раньше чем через сутки.
9. Если кубики маркируют после затвердевания, то дату заливки, класс бетона, название бетонируемой конструкции, оси и т.д. пишут на самом кубике специальным маркером.
10. После извлечения кубиков из формы, ее очищают и смазывают.

Партия кубиков состоит из двух и более изделий в зависимости от вида и целей исследования. Если кубики испытывают в промежуточном возрасте (например в 7 суток), то специально для этого делают еще одну партию кубиков.  

Какой размер кубиков для испытания бетона

Размеры кубиков для испытания бетона на прочность должны соответствовать методу испытаний. Для определения прочности на сжатие и на растяжение при раскалывании подойдут кубы с длиной ребра 100 мм, 150 мм, 200 мм или 300 мм – это в том числе зависит и от размера аппарата.

Допускается применять кубики для испытания бетона с длиной ребра 70 мм, а также кубы, которые изготовлены в неразъемных формах с технологическим уклоном.

Как правильно изготовить образцы

Общая схема подготовки кубиков состоит в том, чтобы залить бетонную смесь в формы. Формы должны быть водонепроницаемыми, поэтому чаще всего их делают из стали. Изнутри формы смазывают специальным веществом. Смесь для образца берут из середины раствора в количестве дважды превышающем объем образцов. Это общий алгоритм, но он может различаться в зависимости от характеристик желаемого образца.

Образцы бетонного раствора жесткостью меньше шестидесяти, удобоукладываемостью с подвижной осадкой конуса делают, заполняя смесью форму с верхом. После этого форму крепят на вибростоле. Смесь укрепляют с помощью вибрации до появления бетонного молочка. При отсутствии вибростола применяют метод штыкования, он подходит для уплотнения подвижного раствора с подвижной осадкой конуса больше 12. При этом на каждый квадратный сантиметр должен приходиться один штык.

Если жесткость бетонного раствора больше шестидесяти, смесь укладывают в форму с насадкой. Форму заполняют наполовину, после чего накрывают ее грузом с давлением 4Х10-4МПа. Форму закрепляют на вибростоле и утрамбовывают, пока не осядет груз и не появится бетонное молочко. После этого груз снимают, все лишнее срезают и разглаживают смесь кельмой.

Формы высотой больше двадцати сантиметров заполняются в два слоя. Каждый слой уплотняют штыкованием, после чего поверхность формы разглаживают кельмой, ножом. После этого образцы взвешивают, пронумеровывают и заносят данные в акт испытаний.

После разливки по формам, кубики оставляют твердеть в помещении с температурой 20 – 22°С и влажностью 95%. Если обеспечить такие условия нет возможности, то затвердевшие и распалубленные кубики помещают в ящик с влажными опилками, во влажный песок или оборачивают их во влажную ткань. Хранят их при плюсовой температуре.

Как используются бетонные кубики

Бетонные кубики – это образцы бетона для испытаний. Их проводят для определения качества смеси и ее контроля. В результате испытаний выявляют характеристики бетона.

Испытывают как бетонную смесь, так и застывший бетон. При испытании смеси важными показателями считаются консистенция после полного перемешивания, плотность полученной смеси и количество воздушных пустот.

Застывший бетон испытывают на сжатие, осевое растяжение. В результате испытаний определяется допустимое значение давления на готовую конструкцию. Полученные показатели влияют на инженерные решения и выбор строительного материала.

Как правильно «забивать» кубики бетона?

Правильно «забивать» кубики нужно предварительно обработав формы эмульсией. Формочки следует заполнить бетоном и отштыковать смесь из расчета не менее одного штыка на квадратный сантиметр смеси. Лишний слой снимается по кромке формы. 

 Проштыкованные формы нужно провибрировать на виброплощадке. Так из образцов выйдет воздух. Вместо виброплощадки можно аккуратно ударить формочки об пол не менее 10 раз.

Отверждение бетонных кубиков для испытания

После заполнения формы, кубики оставляют для дальнейшего отверждения. Для предотвращения испарения влаги кубики закрывают пленкой.  

Хранят кубики в помещении, где температура воздуха находится в пределах 20-22 °C. Желательно, чтобы влажность была 95%, но если такой возможности нет, кубикам нужно обеспечить достаточный уровень влаги. Это можно сделать, обернув затвердевшие и распалубленные кубики влажной тканью, положив их в ящик с влажными опилками или влажным песком. Не допускается изменение температуры образца более чем на 5 °С. Для этого температура воздуха в помещении, где хранятся кубики, должна быть постоянной. 

Достают кубики из форм после их отверждения – не менее, чем через 24 часа. Но чаще всего их испытывают спустя 3, 7 и 28 суток после отверждения

Как определяется прочность бетона

Прочность – широкое понятие. Она бывает нескольких видов. Например, проектная прочность обозначает предполагаемую полную нагрузку на конкретную марку бетона. Проектная прочность определяется испытаниями образцов бетонных кубиков на 28 день их отверждения. Кроме того, есть прочность нормированная и требуемая – та, которая допускается указанными в проектной документации нагрузками. Фактическая прочность – та, которая проявляется в ходе испытаний и строительства. Она должна составлять не менее 70% от проектной, и при соблюдении этого условия является отпускной. 

При строительстве конструкций проверяют фактическую прочность. При этом под прочностью понимается устойчивость кубика к сжатию, растяжению, изгибу. Все эти показатели в совокупности определяют прочность бетона.  

Что влияет на прочность

 Лабораторные результаты являются официальными показателями качества смеси, но она не всегда имеет одни и те же параметры. Даже бетон, затвердевший из одной и той же смеси, но в разных условиях, может обладать неодинаковыми характеристиками. На его прочность влияет множество факторов:
• условия транспортировки;
• способ укладки в опалубку;
• размеры и форма конструкции;
• вид напряженного состояния;
• влажность, температура воздуха на всем протяжении твердения смеси;
• уход за монолитом после заливки.

 Кроме того, большое влияние на прочность оказывает соблюдение технологии строительства. Чтобы качество раствора не снижалось, нужно выполнять следующие технологические требования:
1. Доставлять раствор только в миксере.
2. Не превышать допустимое время транспортировки.
3. Уплотнять смесь вибратором или трамбовками.
4. Проводить монтаж в допустимых температурных условиях.
5. Поддерживать оптимальные условия твердения бетона.

 Чтобы определить качество бетона в строящейся или уже готовой конструкции проводят проверку прочности. Проверка прочности производится с помощью лабораторных испытаний образцов и/или неразрушающими методами.

Процедура для испытания бетонного куба

После того, как раствор затвердеет, ее можно достать из стальных форм. Кубики протирают, удаляя излишки воды. Если до этого кубы не промаркировали, то это делают перед испытанием. Для этого на одной из граней кубика специальным стойким маркером прописывают дату заливки, класс бетона, название бетонируемой конструкции, оси и т.д. Перед испытанием куб взвешивают.

Подготавливают инструмент. Для этого очищают поверхность испытательной машины. Кубик помещается в центр нее так, чтобы нагрузка была приложена к его противоположным сторонам. Образец фиксируется прибором. 

Подвижная часть инструмента фиксирует прибор, и начинается испытание. Механическое воздействие должно быть постепенным. Нагрузка на куб не должна прерываться до тех пор, пока образец не выйдет из строя. 

После этого фиксируется максимальная нагрузка на куб, записывается протокол. 

Испытание проводят сериями. В каждом выбранном возрасте должны быть испытаны как минимум 3 образца.

Порядок проведения испытаний на сжатие

Испытания кубов образцов бетона на сжатие – это основной способ определения его прочности и марки. Оно показывает, какую силу сжатия выдерживает образец. Для испытания прочности бетона на сжатие требуются кубики на их 3, 7 или 28 сутки после заливки. Если кубики проверяют в промежуточном возрасте, то для каждой из проверок должна быть изготовлена отдельная партия.

Куб взвешивают и устанавливают под пресс. Подвижная часть пресса фиксирует кубик по центру испытательной машины. Вектор силы пресса должен быть строго перпендикулярным основанию образцов.

Давление пресса должно быть равномерным и непрерывным, а мощность пресса составлять 140 кгс/м² с шагом в 3.5 кгс/м². Испытание заканчивается, когда образец выходит из строя. Сила максимальной нагрузки на куб, другие показатели и особенности испытания заносятся в протокол.

Порядок проведения испытаний на растяжение

Для проведения испытаний на растяжение потребуются бетонный конус. Для этого используются стандартные образцы 8-ки в 3-х вариантах. Рабочее сечение конуса может равняться 10*10 см или 15*15 см или 20*20 см.

Для проведения экспертизы подготавливают испытательную машину. В нее горизонтально укладывают конус. На середину образца оказывается нарастающая разрушающая нагрузка с шагом в 0.5 МПа/с.

Когда разрушается центр образца, результат фиксируют в протокол.

Порядок проведения проверки на удобоукладываемость

Показатель удобоукладываемости отражает и легкость работы с раствором, и прочность бетона, и его качество.

Для исследования удобоукладываемости применяют специальный прибор – вискозиметр. Он замеряет время, нужное для укладки раствора. Вискозиметр запускают, когда начинают укладку. Вид укладки определяется параметрами смеси.

Время, которое потребовалось на укладку бетона, отражает его удобоукладываемость. Результат фиксируется в протоколе в количестве секунд. Чем меньше времени потребовалось на укладку, тем выше показатель удобоукладываемости и тем качественнее смесь.

Как составляются отчеты о тестировании куба и испытание прочности бетона

Ценность испытания бетона на прочность состоит в полученных результатах. Измеренные в ходе исследования величины переводят в показатели прочности по специальным формулам. Качество бетона оценивается по результатам вычислений.

Для этого в ходе всего исследования составляется отчет. На начальном этапе, при создании образца, его маркируют и записывают производителя, серию, марку бетона на самом кубике. Эти данные вносятся в отчет вместе с датой изготовления образца. Температурные условия, в которых твердел образец, также вносят в отчет. После извлечения кубика из форм определяют его вес. Записывают дату теста.

Основной этап в составлении отчета – протокол результатов исследований, который включает в себя все параметры непосредственного проведения испытания.

Что входит в протокол испытания

Результаты исследований прочности бетона вносятся в протокол. Он включает следующие графы:
1. Серийный номер. Бетон имеет серийный номер, который прописан в его документации. Для испытаний используют образцы из одной и той же серии.
2. Место изготовления. Если образцы создают в лаборатории, информация о ней фиксируется с помощью цифро-буквенного обозначения.
3. Количество образцов, дата их заливки, а также дата и время начала испытания.
4. Вид конструкции: ее название и краткое описание.
5. Параметры образцов. Описание размеров, веса и характеристик бетонных кубиков.
6. Разрушающая нагрузка – этот параметр получают непосредственно в ходе испытания.
7. Результаты, обозначающие среднюю прочность бетона, измеряемую в паскалях.
8. Присвоение класса и марки на основании данных, полученных благодаря проведенным испытаниям.

Протокол может быть при необходимости расширен. Иногда в него добавляют наблюдения о характере разрушения и параметрах разрывов, трещин и других дефектах.

Какие требования к проверке предъявляет ГОСТ

Качество бетона стандартизуется ГОСТами. Стандартов придерживаются производители и контролирующие органы. Также проверка прочности бетона в некоторых случаях является обязательным условием строительства.

Методика проведения испытаний и порядок обработки полученных результатов для их достоверности регламентированы ГОСТами 22690-88, 10180-2012, 18105-2010, 7473-2010, 13015-2003, 17621-87, 27006-86, 28570-90. В ГОСТах регламентируются процедуры проверки бетона и обработки полученных при испытаниях результатов.

Основные значения характеристик бетона, которые контролируются ГОСТами, это прочность на сжатие и осевое растяжение, а также водонепроницаемость, морозостойкость и средняя плотность.

Стандарты проверки обязывают вносить результаты испытаний в протокол. В результате определяются прочностные свойства сооружений на предмет соответствия всем действующим нормативам.

Что выдается по завершении испытания

Испытания бетона проводят, чтобы определить его характеристики и вынести решение, пригоден ли он для строительства и насколько будет безопасна конструкция, возведенная с его помощью.

В результате испытаний выдается протокол с указанием всех необходимых данных о результатах испытания. На основании этих данных принимается решение об использовании бетона в строительных работах.  

Результаты испытания помогают выяснить, нужно ли применять дополнительные пластификаторы, имеется ли необходимость проведения упрочняющих мероприятий.

Проведенное профессионалами на качественном оборудовании испытание кубов бетона на прочность позволит без труда оформить документы на строительство и сдачу объектов в эксплуатацию.