Необходимость оценки прочности бетона

Что такое прочность бетона

Прочность бетона — это способность материала воспринимать нагрузки без разрушения. В инженерных расчётах в первую очередь учитывается прочность на сжатие, потому что большинство железобетонных конструкций работают именно в этом режиме. От фактической прочности зависят:

• несущая способность отдельных элементов (фундаментов, колонн, плит, балок);
• общая пространственная жёсткость здания или сооружения;
• запас прочности при эксплуатационных и аварийных воздействиях.

Недобор прочности по сравнению с проектными значениями приводит не только к локальным дефектам (трещины, сколы, отслоения защитного слоя), но и к снижению реальной несущей способности. В предельном случае это может означать невозможность безопасной эксплуатации объекта без усиления или частичной замены конструкций.

Поэтому оценка прочности бетона — это не формальная процедура, а инструмент, который позволяет:

• подтвердить соответствие фактических характеристик заложенным в проект;
• своевременно выявить проблемные зоны и дефектные участки;
• принять обоснованное решение: можно ли эксплуатировать конструкцию в текущем состоянии, требуется ли усиление или ограничение нагрузок.

 

Когда определяют прочность бетона

Прежде чем начать строительство здания или сооружения из бетонных конструкций, проводится испытание бетона на прочность. Эта характеристика влияет на целостность как отдельной бетонной конструкции, так и здания или сооружения.

Испытания бетона на прочность, например определение прочности бетона на сжатие, осуществляются при проведении контроля во время строительства.  Цемент проходит проверку на активность – вступает в реакцию с влагой, которая находится в воздухе, при этом образуется твердый цементный камень. Проверяют прочность цемента после 28 суток для продолжения строительства. Обычно, если завод далеко, и машина долго едет, цемент разбавляют водой, от этого прочность не набирается до указанной предприятием.

Технадзор или прораб во время заливки бетона обязан следить за вибрированием. Оно помогает выйти из смеси воздуху, что положительно скажется на прочности, но слишком чрезмерное вибрирование приводит к расслаиванию смеси. Нужно постоянно проверять как идет процесс.

При первичной приемке контролируют соотношение цемента и воды: отливают конус и смотрят, за сколько конус расползется. Прочность бетона выше тогда, когда меньше воды в смеси. Как правило, в смеси 40-70% воды.

За бетоном после заливки ухаживают: поливают водой при жаре, греют зимой, чтобы бетон набрал необходимую прочность. Если этого не делать, материал не наберет прочность. Движение людей по забетонированным конструкциям, установка на них лесов и опалубки допускается только тогда, когда бетон достигает прочности не менее 1,5 МПа.

Прочность бетона определяется, когда нет документации на материал – здание нельзя проектировать и ремонтировать без характеристики бетона; когда у бетона появились дефекты в виде трещин, сколов, отслоения, шелушения, здание не эксплуатировалось или было заброшенным, подвергалось замачиванию, замасливанию, воздействию огня.

Факторы, влияющие на прочность бетона

Фактическая прочность бетона в конструкции — результат не только правильно выбранного класса, но и целого набора технологических факторов:

• Водоцементное отношение (В/Ц). Чем больше воды по отношению к количеству цемента, тем ниже конечная прочность. Излишняя вода после твердения образует поры, и бетон становится более рыхлым. При слишком низком В/Ц смесь, наоборот, теряет удобоукладываемость, что тоже ухудшает качество уплотнения и прочность.
  
  
• Марка и тип цемента. Цементы разных марок и типов имеют различную активность и скорость набора прочности. При использовании цемента более низкой марки или материала с просроченным сроком хранения нормативная прочность может не быть достигнута.
  
  
• Качество заполнителей. Прочность и фракционный состав щебня, форма и чистота зерен, наличие пылевидных и глинистых примесей в песке напрямую влияют на прочностные характеристики бетона. Загрязнённые заполнители ухудшают сцепление с цементным камнем.
  
  
• Условия укладки и уплотнения. Недостаточное вибрирование приводит к образованию раковин, пустот, «гнёзд» щебня. Чрезмерное вибрирование провоцирует расслоение смеси и отжима воды. В обоих случаях страдает равномерность структуры и прочность.
  
  
• Режим твердения. Температура и влажность в первые сутки после укладки особенно важны. Пересушивание поверхности, воздействие мороза без прогрева, отсутствие ухода в жару приводят к недобору прочности и раннему образованию трещин.
  
  
• Возраст бетона. Нормативная прочность оценивается, как правило, в возрасте 28 суток, но бетон продолжает набирать прочность и далее, при благоприятных условиях. При ранних испытаниях важно учитывать возраст материала и использовать корректирующие коэффициенты.

Учитывая эти факторы при обследовании, эксперт может не только зафиксировать текущую прочность, но и оценить возможные причины её недостаточного значения.

Что такое класс бетона

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций используется показатель класса прочности. Под этим понимают гарантированную способность материала выдерживать заданную нагрузку. Помимо таких свойств, как морозостойкость или водонепроницаемость, именно сопротивление сжатию определяет, насколько надёжно бетон работает в конструкции. Поэтому элементы зданий рассчитывают так, чтобы на них преимущественно действовали сжимающие усилия, а при испытаниях обязательно проверяют прочность бетона именно на сжатие.

Ранее, ещё в советский период, бетон классифицировали по маркам, аналогично цементу. Марка обозначалась буквой «М» и цифрой, отражающей среднее значение прочности в кгс/см². После перехода России на европейские стандарты основным показателем стал класс бетона. Марочная прочность допускает довольно широкий разброс значений, поэтому для конструкций используют именно классы, а марки сейчас применяются в основном для стяжек.

Класс обозначается буквой «В» и числом, которое показывает гарантируемое значение прочности в мегапаскалях с обеспеченностью 95 %. Проще говоря, класс указывает, какое давление на сжатие материал выдержит без разрушения в подавляющем большинстве испытаний. В строительстве используются бетоны классов примерно от В7,5 до В40.

Например, бетон класса B10 соответствует прочности около 131 кгс/см² и выдерживает нагрузку 10 МПа в 95 из 100 случаев. Чтобы представить масштаб: давление 10 МПа сопоставимо с нагрузкой порядка тысячи тонн на каждый квадратный метр поверхности бетона.

 

Класс бетона по прочности	Прочность бетона на сжатие, МПа	Средняя прочность бетона, R (кгс/см2 )	Марка бетона по прочности	Область применения
В7,5	7,5	98,2	М100	Работы по подготовке к строительству.
В10	10	131,0	М150	Устанавливают подбетонный слой, тонкослойные стяжки, фундаменты легких строительных конструкций.
В12,5	12,5	163,7	М150
В15	15	196,5	М200	Возводят небольшие строения в малоэтажном строительстве, для устройства внутренних перегородок, лестничных маршей.
В20	20	261,9	М250
В22,5	22,5	294,7	М300	Возводят малоэтажные жилые и промышленные здания
В25	25	327,4	М350	Сооружение высоконагружаемых строительных конструкций – несущих балок, плит, колонн в многоэтажных зданиях.
В27,5	27,5	360,2	М350
В30	30	392,9	М400	Возводят   развлекательные и торговые центры, – аквапарки, банковские хранилища, железобетонные изделия и конструкции гидротехнического типа.
В35	35	458,4	М450
В40	40	523,9	М550

Соотношение между классами бетона по прочности на сжатие и марками 

Нормативные требования к прочности бетона и контролю качества

Требования к прочности бетона и методам её определения регламентируются действующими стандартами и сводами правил. В проектной документации для каждого элемента указывается класс бетона по прочности на сжатие, который должен быть подтверждён результатами контроля.

При строительстве и эксплуатации выполняются несколько уровней контроля:

• Входной контроль — проверка качества цемента, заполнителей, добавок до начала работ.
• Технологический (операционный) контроль — контроль состава бетонной смеси, водоцементного отношения, режима укладки, уплотнения и ухода за бетоном.
• Приёмочный контроль — испытания контрольных образцов или конструкций для подтверждения достижения проектного класса бетона.
• Инспекционный контроль — выборочные проверки со стороны технического надзора и контролирующих органов.

При интерпретации результатов учитываются:

• возраст бетона на момент испытаний;
• условия твердения по сравнению с нормативными;
• разброс значений прочности и однородность материала по конструкции.

Фактический класс бетона должен быть не ниже проектного с заданной обеспеченностью. При обнаружении участков с пониженной прочностью принимаются решения о дополнительном обследовании и, при необходимости, усилении конструкций.

Как определить класс бетона на прочность

Определение прочности бетона в конструкциях выполняют различными методами, которые условно делят на:

• разрушающие — с отбором образцов (кернов) и последующим испытанием на прессе;
• неразрушающие — по косвенным параметрам (скорости ультразвука, величине отскока, усилию отрыва и т.д.), без полного разрушения элемента.

В свою очередь неразрушающие методы подразделяются на:

• прямые — с локальными разрушениями части сечения (отрыв, отрыв со скалыванием, скалывание ребра);
• косвенные — без нарушения целостности сечения (ультразвуковые, склерометрические, методы ударного импульса, пластической деформации и др.).

Выбор метода контроля зависит от задач обследования:

• требуемой точности;
• допустимости локальных повреждений;
• стадии жизненного цикла объекта (строительство, эксплуатация, аварийное состояние);
• доступности конструкций и возможности отбора образцов.

Далее рассмотрены применяемые на практике подходы к определению класса бетона по прочности с учётом этих особенностей.

Выбор метода определения прочности бетона в реальных конструкциях всегда зависит от задачи обследования и требуемой точности. В инженерной практике используют два больших подхода — разрушающий и неразрушающий контроль.

Разрушающий контроль предполагает получение образцов непосредственно из конструкции: из бетона высверливают керны, после чего испытывают их на прессе в лаборатории до полного разрушения. Такой способ даёт максимально точное представление о фактической прочности материала.

Неразрушающие методы делятся на две категории — прямые и косвенные.

Прямые методы создают локальное разрушение небольшого участка конструкции, не нарушая её работоспособность. К ним относятся испытания отрывом, отрывом со скалыванием, а также скалывание ребра.

Косвенные методы основаны на измерении физических параметров материала без вмешательства в тело конструкции — они позволяют оценить класс бетона и его однородность без разрушений.

Лабораторные и полевые методы определения прочности бетона

По месту проведения испытаний методы контроля прочности условно делятся на две группы:

• Лабораторные.
  Испытания выполняются на контрольных образцах (кубах, цилиндрах), изготовленных из рабочей бетонной смеси или отобранных в виде кернов из конструкции. Нагрузку прикладывают на гидравлическом прессе в строго нормируемых условиях. Лабораторные методы дают эталонную точность и используются как база для калибровки неразрушающих методик.
  
  
• Полевые.
  Испытания ведутся непосредственно на объекте — на готовых конструкциях. К ним относятся методы отрыва, скалывания, ультразвуковой контроль, склерометрические измерения и др. Полевой контроль позволяет оперативно оценить состояние материала, выполнить большое количество замеров и выявить зоны пониженной прочности без массового разрушения конструкций.

На практике в большинстве случаев применяется комбинация лабораторных и полевых методов: неразрушающие испытания используются для сплошного обследования, а отбор кернов или испытания по методу отрыва — для уточнения результатов в ключевых зонах.

Разрушающий метод

Испытания проводятся в лаборатории на гидравлическом прессе. Для них подготавливают контрольный образец – куб или цилиндр.

Образец помещают под пресс, усилия постепенно наращивают, пока тот не разрушится. После каждого испытания фиксируют значения максимальных усилий на сжатие (определение прочности бетона на сжатие), выполняют статистическую обработку. Обследование методом разрушающего контроля проводится, когда речь идет о приемке здания или сооружения в эксплуатацию.

Разрушающий способ определения прочности бетона

Плюсы и минусы разрушающего метода

К плюсам определения прочности бетона разрушающим методом можно отнести следующие:

• Используют камеры, в которых автоматика контролирует и поддерживает температуру и влажность.
• Измеряется искомый параметр – усилие, которое соответствует разрушению при сжатии.
• Исследуется образец материала, который изымается из тела конструкции, а не исключительно из поверхностного слоя.

Минусы у определения прочности бетона разрушающим методом тоже есть:

• Для выполнения испытаний под гидравлическим прессом – заготовка образцов бетона проводится заранее.
• Повреждает целостность бетона.

Неразрушающий прямой метод

Определение прочности бетона неразрушающим методом проводится, когда речь идет о здании или сооружении в процессе эксплуатации. Неразрушающий прямой метод контроля основывается на местных разрушениях конструкции, но без ее повреждения в целом.

Определение прочности бетона методом отрыва со скалыванием предполагает крепление прибора в полость бетона. С помощью лепестковых анкеров из шпуров извлекают часть материала для исследования, фиксируют разрушающее усилие. 

Определение прочности бетона на сжатие прямым неразрушающим методом отрыва со скалыванием прибором ОНИКС-ОС

Неразрушающий косвенный метод

Неразрушающими косвенными методами проводится уточнение класса бетона без внедрения приборов в тело конструкции, установки анкеров.

При определении прочности бетона ультразвуковым методом используется специальный датчик, который проводит волны сквозь толщу бетонного слоя.  Характеристики скорости прохождения волн сравниваются.

Два типа передачи ультразвука используются при неразрушающем контроле — поверхностная и сквозная. Поверхностная передача используется для стен и перекрытий, доступ к бетону при этом происходит, с одной стороны. Сквозная передача ультразвука используется для оценки свай, столбов, нешироких опорных элементов, доступ к бетону происходит с двух сторон. 

  

Определение прочности бетона на сжатие косвенным неразрушающим методом со сквозной передачей ультразвука прибором Пульсар-2.2 

Определение прочности бетона на сжатие косвенным неразрушающим методом с поверхностной передачей ультразвука прибором Пульсар-2.2

Склерометр используется при определении прочности бетона методом обратного отскока. Прибор фиксирует величину обратного движения бойка после удара о поверхность конструкции или пластины, которая к ней прижимается к конструкции.                

Определение прочности бетона на сжатие косвенным неразрушающим методом с помощью склерометра

Принцип определения прочности бетона молотком Кашкарова предполагает измерение на бетоне размеров следа после удара металлическим шариком, сравнение с эталонным отпечатком, в корпус помещают сменный стальной стержень с постоянными характеристиками.

Прочность материала выводится из соотношения полученных диаметров отпечатков на стержне и бетоне после серии ударов, наносимых конструкции.

 

Определение прочности бетона на сжатие косвенным неразрушающим методом с помощью молотка Кашкарова

 Плюсы и минусы неразрушающего метода

Неразрушающие методы контроля прочности бетона имеют ряд преимуществ:

 Сохраняется целостность конструкции, которая проверяется.

• Производят испытания непосредственно на площадке, получают данные оперативно.
• Не нужно изготавливать или отбирать образцы.

Есть в определении прочности бетона неразрушающим методом и минусы:

• Необходимо ждать «плюсовой» температуры, сухости бетона и низкой влажности в помещении для проведения испытаний.
• Нужно подготовить поверхность конструкции, очистить ее от выступов и неровностей.
• Необходимо знать о расстоянии до края конструкции и арматуры.

 

Косвенные методы	Трудоемкость	Стоимость испытаний	Диапазон применения, МПа
УЗК	+	++	5-40
Склерометр	++	++	5-50
Молоток Кашкарова	+++	+++	5-50

*+ – оценка параметров.

*+ – низкая; ++ – средняя; +++ – высокая. 

Интерпретация результатов испытаний прочности бетона

Получить численные значения прочности недостаточно — важно правильно их интерпретировать и увязать с проектными требованиями. При обработке результатов испытаний учитываются следующие моменты:

• Среднее значение и разброс.
  Оценивается не только средняя прочность по выборке, но и вариация результатов. Большой разброс может свидетельствовать о нарушениях технологии бетонирования, неоднородности уплотнения или различиях условий твердения.
  
  
• Возраст бетона.
  Если испытания проводятся в возрасте, отличном от 28 суток, применяются коэффициенты пересчёта с учётом типа цемента и фактических условий твердения. Это особенно важно при раннем контроле прочности монолитных конструкций.
  
  
• Соответствие проектному классу.
  Сопоставляется фактическое значение прочности, полученное по результатам испытаний, с проектным классом бетона. При этом учитывается обеспеченность (вероятность того, что прочность не будет ниже заданной).
  
  
• Сопоставление разных методов.
  Результаты разрушающих и неразрушающих методов могут отличаться. Неразрушающие испытания чувствительны к состоянию поверхности, влажности, наличию арматуры и другим факторам. Поэтому ключевые выводы по несущей способности конструкций желательно опирать на комбинированный подход: неразрушающий контроль + выборочный разрушающий.

При недостаточной прочности или сомнениях в достоверности данных назначается дополнительное обследование. По итогам комплексного анализа формулируются технические решения: допустимость дальнейшей эксплуатации, необходимость усиления, локального ремонта или разгрузки конструкций.

Преимущества компании ООО «СТРОЙ-ПРОВЕРКА»

Преимущество центра технических экспертиз ООО "СТРОЙ-ПРОВЕРКА" заключается в том, что организация имеет необходимый набор приборов как для разрушающего так и для неразрушающего контроля бетона с поверками и сертификатами на данные приборы:

• ультразвуковой томограф низкочастотный А1040 MIRA (заводской № 210100) — для поиска внутренних дефектов и оценки однородности бетона по толщине конструкций;
• измеритель времени и скорости распространения ультразвука ПУЛЬСАР-2.2 (заводской № 343) — для определения прочности по ультразвуковому методу;
• измеритель защитного слоя бетона ИПА-МГ4, Госреестр № 29316-10 (заводской № 3023) — для контроля положения арматуры и толщины защитного слоя;
• оборудование для отбора кернов и испытаний по методам отрыва, скалывания и отрыва со скалыванием.

Комбинируя различные методы контроля, мы можем:

• подобрать оптимальную программу испытаний под конкретную задачу — от оперативной проверки набора прочности до детального обследования аварийной конструкции;
• минимизировать объём разрушений при сохранении требуемой точности;
• предоставить заказчику отчёт с результатами испытаний, выводами и практическими рекомендациями по дальнейшей эксплуатации или усилению конструкций.

Частые вопросы о проверке прочности бетона

Как понять, что прочность бетона недостаточна?

Косвенными признаками могут быть трещины, сколы защитного слоя, отслоения, рассыпание кромок, деформации конструкций. Но окончательные выводы делаются только по результатам инструментальных испытаний и расчётной оценки несущей способности.

Достаточно ли одного неразрушающего метода?

Для ориентировочной оценки — да, но для ответственных конструкций неразрушающие методы желательно подтверждать выборочными разрушающими испытаниями (отрыв со скалыванием, отбор кернов). Это позволяет уточнить градуировочные зависимости и снизить погрешность.

Всегда ли нужно отбирать керны?

Нет. Во многих случаях достаточно комбинации ультразвуковых и склерометрических измерений с локальными испытаниями по методу отрыва. Отбор кернов целесообразен, когда требуется максимально точная оценка прочности или когда результаты неразрушающих методов противоречивы.

Можно ли оценить прочность бетона в уже отделанных конструкциях?

Как правило, это возможно, но предварительно требуется подготовка поверхности — частичное удаление отделочных слоёв или устройство окон для доступа приборов. Конкретный объём работ определяется на стадии выезда специалиста и составления программы обследования.

Другие статьи
Какие перепланировки не требуют согласования	Как получить разрешение на строительство дома	Как получить разрешение на реконструкцию частного дома