Испытание и контроль бетона. Методы и средства измерений радиального и торцевого биений

В зависимости от характера структуры различают следующие виды бетонов:

• бетоны плотной (слитной) структуры, в которых пространство между зернами заполнителей полностью занято затвердевшим вяжущим веществом;

• крупнопористые бетоны (беспесчаные или малопесчаные), в которых значительная часть объема межзерновых пустот остается не занятой мелким заполнителем и затвердевшим вяжущим веществом;

• поризованные бетоны, в которых пространство между зернами заполнителей занято вяжущим веществом, поризованным пенообразующими или газообразующими добавками;

• ячеистые бетоны - бетоны с искусственно созданными ячейками-порами, состоящие из смеси вяжущего вещества, тонкодисперсного кремнеземистого компонента и порообразующей добавки.

По условиям твердения бетоны подразделяются на:

• бетоны естественного твердения, твердеющие при температуре 15 - 20°С и атмосферном давлении;

• бетоны, подвергнутые с целью ускорения твердения тепловой обработке 70 -.90 °С) при атмосферном давлении;

• бетоны, твердеющие в автоклавах при температуре 175 - 200°С и давлении пара 0,9...1,6 МПа.

 

1.3 Свойства бетона

 

1.3.1 Прочность

Важнейшим свойством бетона является прочность, т. е. способность сопротивляться внешним силам не разрушаясь. Лучше всего бетон сопротивляется сжатию. Поэтому конструкции проектируют таким образом, чтобы бетон воспринимал сжимающие нагрузки. И только в некоторых конструкциях учитывается прочность на растяжение или на растяжение при изгибе.

Прочность при сжатии. Прочность бетона при сжатии характеризуется классом или маркой (которые определяют в возрасте 28 суток). В зависимости от времени нагружения конструкций прочность бетона может определяться и в другом возрасте, например 3; 7; 60; 90; 180 суток.

Класс прочности  бетона – предел прочности при  сжатии стандартного бетонного куба размером 150х150х150 мм после 28 суток твердения  в нормальных условиях.

Согласно  СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции», класс обозначается латинской буквой «B» и цифрами, показывающими выдерживаемое давление в мегапаскалях (МПа). Например, обозначение В25 означает, что бетон данного класса в 95 % случаев выдерживает давление 25 МПа (СНиП 2.03.01-84). Но для расчёта показателя прочности необходимо учитывать коэффициенты, например для класса В25 нормативная прочность на сжатие, применяемая в расчетах — 18,5 МПа (табл. 12 СНиП 2.03.01-84). Возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие и осевое растяжение, назначается при проектировании исходя из возможных реальных сроков загрузки конструкции проектными нагрузками, способа возведения, условий твердения бетона. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливается в возрасте 28 суток (СНиП 2.03.01-84).

Наряду  с классами прочность бетона также  задается марками, обозначаемыми латинской буквой «М» и цифрами 50-1000, означающими предел прочности на сжатие в кгс/см². Приложение 1 ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжёлые и мелкозернистые. Технические условия» устанавливает соответствие между марками и классами (таблица 1).

 

Таблица 1 –  Соответствие между марками и  классами

Класс бетона по прочности	Ближайшая марка бетона по прочности
B3,5	М50
B5	М75
B7,5	М100
B10	М150
B12,5	М150
B15	М200
B20	М250
Класс бетона по прочности	Ближайшая марка бетона по прочности
B22,5	М300
B25	М350
B27,5	М350
B30	М400
B35	М450
B40	М550
B45	М600
B50	М700
B55	М750
B60	М800
B65	М900
B70	М900
B75	М1000
B80	М2000

 

Прочность при растяжении. С прочностью бетона на растяжение приходится иметь дело при проектировании конструкций и сооружений, в которых не допускается образование трещин. В качестве примера можно привести резервуары для воды, плотины гидротехнических сооружений и др. Бетон на растяжение подразделяют на классы: Вt0,8; Bt1,2; Bt1,6; Вt2; Bt2,4; Вt2,8; Вt3,2 или марки: Рt10; Bt15; Bt20; Bt25; Bt30; Bt35; Вt40.

Прочность на растяжение при изгибе. При устройстве бетонных покрытий дорог, аэродромов назначают классы или марки бетонов на растяжение при изгибе. Классы: Bbt0,4; Bbt0,8; Вbt1,2; Вbt1,6; Вbt2,0; Вbt2,4; Вbt2,8; Bbt3,2; Вbt3,6; Вbt4,0; Bbt4,4; Вbt4,8; Вbt5,2; Вbt5,6; Вbt6,0; Вbt6,4; Вbt6,8; Вbt7,2; Вbt8.

На прочность  бетона влияют:

1) Прочность  заполнителя (щебня). Бетон тем  прочнее, чем прочнее каменные  заполнители в его составе;

2) Качество  цемента. При производстве используется  высококачественный портландцемент марки 400 и выше. Менее качественный цемент не сможет в достаточной мере соединить заполнитель.

 

1.3.2 Плотность

Другим  важным свойством бетона является плотность – отношение массы материала к его объему. Плотность бетона всегда меньше 100%.

Плотность сильно влияет на качество бетона, в  том числе и на его прочность: чем выше плотность бетона, тем  он прочнее. Поры в бетоне, как правило, появляются при его изготовлении: в результате испарения излишней воды, не вступившей в химическую реакцию с цементом при его твердении, при недостатке цемента.

С плотностью связано и обратное свойство бетона – пористость – отношение объема пор к общему объему материала. Пористость как бы дополняет плотность бетона до 100%. Как бы ни был плотен бетон, в нем всегда есть поры!

1.3.3 Водопоглащение и водопроницаемость

Благодаря капиллярно-пористому строению бетон  может поглощать влагу как  при контакте с ней, так и непосредственно  из воздуха. Гигроскопическое влагопоглощение у тяжелого бетона незначительно, но у легких бетонов (а в особенности у ячеистых) может достигать соответственно 7...8 и 20...25 %.

 Водопоглощение характеризует способность бетона впитывать влагу  в капельно-жидком состоянии; оно зависит, главным образом, от характера пор. Водопоглощение, как мы уже знаем, тем больше, чем больше в бетоне капиллярных сообщающихся между собой пор. Максимальное водопоглощение тяжелых бетонов на плотных заполнителях достигает 4...8 % по массе (10...20 % по объему). У легких и ячеистых бетонов этот показатель значительно выше.

Большое водопоглощение отрицательно сказывается на морозостойкости бетона и его теплозащитных свойствах. Для уменьшения водопоглощения прибегают к гидрофобизации бетона, а также к устройству паро- и гидроизоляции конструкций.

 Водопроницаемость бетона  определяется в основном проницаемостью цементного камня и контактной зоны «цементный камень — заполнитель»; кроме того, путями фильтрации жидкости через бетон могут быть микротрещины в цементном камне и дефекты сцепления арматуры с бетоном. Высокая водопроницаемость бетона может привести его к быстрому разрушению из-за коррозии цементного камня.

Для снижения водопроницаемости необходимо применять  заполнители надлежащего качества (с чистой поверхностью), а также использовать специальные уплотняющие добавки (жидкое стекло, хлорное железо) или расширяющиеся цементы. Последние используются для устройства бетонной гидроизоляции.

1.3.4 Морозостойкость

Морозостойкость бетона - это способность выдерживать многократное замораживание и размораживание без потери прочности, внешнего вида лицевого слоя и массы. Нормативная величина морозостойкости - не менее 50 полных циклов замораживания-оттаивания. Фактическая морозостойкость как правило оказывается от 150 циклов и выше.

1.3.5 Теплопроводность

Теплопроводность  — одно из важнейших свойств бетона, применяемого в ограждающих конструкциях. Теплопроводность характеризует способность бетона передавать через свою толщину тепловой поток, возникающий из-за разности температур на поверхностях бетона. Теплопроводность бетона почти в 50 раз меньше, чем у стали, но зато выше, чем у строительного. Чем легче бетон, тем, как правило, меньше его теплопроводность, поскольку уменьшение плотности бетона связано с повышением пористости, т. е. с вовлечением в объем бетона воздуха, являющегося в небольших порах прекрасным теплоизолятором. Теплопроводность бетона в значительной мере определяется видом используемого заполнителя.

 

 

1.3.6 Огнестойкость

Огнестойкость — способность бетона не разрушаться  при кратковременном воздействии  огня в условиях пожара.

1.3.7 Коррозиестойкость

Коррозиестойкость — способность не разрушаться под воздействием физико-химических факторов окружающие среды. Стойкость повышается увеличением плотности бетона.

1.3.8 Усадка

Усадка  — процесс сокращения размеров бетонных элементов при их нахождении в воздушно-сухих условиях. Основная причина усадки — сжатие гелевой составляющей при потере воды. Усадка бетона тем выше, чем больше объем цементного теста в бетоне. В среднем усадка тяжелого бетона составляет 0,3...0,4 мм/м.

 Вследствие  усадки бетона в бетонных и  железобетонных конструкциях могут  возникнуть большие усадочные  напряжения, поэтому элементы большой  протяженности разрезают усадочными  швами во избежание появления  трещин. При усадке бетона 0,3 мм/м  в конструкции длиной 30 м общая  усадка составит 10 мм. Усадочные  трещины в бетоне на контакте  с заполнителем и в самом  цементном камне могут снизить  морозостойкость и послужить  очагами коррозии бетона.

1.3.9 Ползучесть

Ползучесть  — склонность бетона к росту пластических деформаций при длительном действии статической нагрузки. Ползучесть бетона также связана с пластическими  свойствами цементного геля и микро-трещинообразованием. Она носит затухающий во времени  характер. Абсолютные значения ползучести зависят от многих  факторов. Особенно активно ползучесть развивается, если бетон нагружается в раннем возрасте. Ползучесть можно оценивать двояко: как  положительный процесс, помогающий снижать напряжения, возникающие  от термических и усадочных процессов, и как отрицательное явление, например, снижающее эффект от предварительного напряжения арматуры.

 

1.4 Классификация методов контроля

 

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, на наш взгляд, 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  воздействие на конструкцию, которое  не отражается на ее эксплуатационной способности.

1.4.1 Разрушающий метод

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 контрольных  образцах такая же, что и в конструкции.

Разрушающим методом определяются основные прочностные  и деформативные характеристики бетона, к которым относятся: прочность на сжатие R_e, призменная R_b, прочность на растяжение R_bt, модуль упругости Е_b, коэффициент Пуассона μ.

Прочность бетона на сжатие определяется путем  испытания до разрушения на гидравлических прессах контрольных образцов в  виде кубов с размерами граней 100x100x100 мм, 150x150x150 мм, 200x200x200 мм, 300х300х300 мм, призм 100x100x400 мм, цилиндров 100x400 мм. Размер образцов выбирается с учетом вида бетона и диаметра крупного заполнителя. На заводах ЖБИ при контроле прочности тяжелого бетона используются образцы в виде кубов с размером ребра 100 мм, а для легких бетонов-150 мм. На строительных площадках применяются кубы с ребром 150 мм. Образцы изготавливаются сериями в разъемных металлических формах, отвечающих требованиям ГОСТ 22655-84, из того же бетона, что и строительная конструкция, и для них применяется аналогичная с конструкцией термовлажностная обработка.

Испытания образцов проводятся в специализированных лабораториях на гидравлических прессах  соответствующей мощности. Перед  испытанием образцы выдерживаются  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  образец 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 всему объему бетона.

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 t (рис.1,а). Под действием такого загружения во время разрушения кубик приобретает обычно форму двух усеченных пирамид, сложенных своими малыми основаниями (рис. 1,6). Если между поверхностью бетона и плитами пресса случайно попадает смазка, которая почти полностью уничтожит трение, касательные напряжения возникать не будут (рис.1,в) и разрушенный образец примет вид, изображенный на рис.1,г. Разрушающая нагрузка в этом случае будет значительно меньше, чем при наличии сил трения.