Современные методы испытания бетона

Пренебрегать методами контроля бетона означает подвергать жизнь людей опасности. Чтобы не допустить брак при строительстве любых объектов на каждом этапе создания и созревания бетона устанавливаются определенные методы контроля. В статье рассмотрены эти методы с указанием соответствующих регламентирующих документов.

Как определяется прочность бетона

Проверки начинаются ещё до создания формовочной смеси. Проверяют параметры и дозировку составляющих компонентов при замешивании смеси. Также проверке по ряду параметров подвергается сама бетонная смесь, а именно: удобоукладываемость, средняя плотность, расслаиваемость, пористость, температура, сохраняемость свойств во времени, объем вовлеченного воздуха.

Однако, зачастую, непосредственно на строительной площадке проверяются только удобоукладываемость и температура. После укладки бетонной смеси конструкция проверяется в промежуточном возрасте — 7 суток. К этому времени бетон должен набрать не менее 70% от требуемой проектом прочности. Завершается процесс исследованиями прочностных характеристик после полного созревания. А в реальности — продолжается на всём протяжении жизни бетонной конструкции. В документах принято, что бетон созревает, или набирает проектную прочность, на 28-й день твердения.

Формирование заданной прочности бетона зависит от совокупности физических и химических факторов на протяжении каждого этапа. Для понимания всего процесса разделим эти этапы на:

1. Подготовку компонентов для приготовления каждой партии бетонной смеси.
2. Замешивание бетонной смеси в растворном узле.
3. Заливку готовой смеси в формы или опалубку на объекте.
4. Набор прочности.
5. Эксплуатацию сооружения.

От чего зависит получение заданного класса бетона

Что проверяют на первом этапе? Перед запуском производства и подачей компонентов бетонной смеси в смеситель технолог подбирает состав и таким образом задает характеристики будущей смеси, далее вводит параметры исходного сырья на пульт управления бетоносмесительного узла. Автоматика современных БСУ производит дозирование компонентов в необходимых пропорциях с учётом естественной влажности, температуры и применяемых добавок. Каждая партия бетонной смеси должна быть испытана на производстве, а также иметь документ о качестве по ГОСТ 7473-2010 (Приложение Б), который должен отражать следующие основные параметры:

• наименование, адрес и телефон производителя и поставщика бетонной смеси;
• дата и время отгрузки бетонной смеси;
• вид бетонной смеси и ее условное обозначение;
• проектный класс бетона по прочности;
• применяемые добавки:
  • пластификаторы;
  • ускорители;
  • гидрофобизаторы;
  • антифризы;
• номер номинального состава бетонной смеси;
• жизнеспособность (сохраняемость удобоукладываемости);
• наибольшая крупность заполнителя.

Примечание: На деле, зачастую, производитель может пытаться умолчать о некоторых пунктах документа о качестве по собственному усмотрению или по просьбе подрядчика, поэтому приходится следить и требовать корректного составления данного документа.

После смешения компонентов испытатели берут смесь одного номинального состава из бетоносмесителя. Из нее отливают стандартные образцы для испытаний.

Лаборанты учитывают разницу в физическом и химическом воздействии на бетонную смесь, которая отправлена на объект, с той, что поступила к ним на испытания в лабораторию. Причина в том, что существует зависимость набора прочности бетона от дополнительных факторов:

• время от замешивания смеси до укладки в опалубку;
• вибрационное воздействие на смесь;
• равномерность заполнения формы или опалубки;
• температура окружающей среды;
• изменение водоцементного соотношения рабочими на объекте.

Эти факторы будут различаться между лабораторными условиями и стройкой. Чтобы получить точные показатели, также берут пробы непосредственно на стройплощадке. Образцы представляют собой кубы с длиной ребра 10 см. Их маркируют, а после доставляют на исследование. Иногда проверку проводят прямо на объекте. Все работы выполняют согласно принятой в отрасли НТД (нормативно-технической документации).

Классификация методов испытания бетона на прочность

В XXI веке применяют два способа тестирования: разрушающие и неразрушающие методы испытаний. Общая цель этих способов — получить показания приборов и соотнести их с характеристиками, заявленными в ГОСТ 22690, ГОСТ 17624 и 10180. Затем, на основании полученных результатов, определить класс бетона по прочности.

Разрушающие методы

Испытания механическим разрушением предварительно отформованных образцов проводят для проверки предельных параметров:

• на сжатие;
• на растяжение при раскалывании;
• на растяжение при изгибе;
• на осевое растяжение.

В лабораторных условиях проверяют прочность по кубикам или балочкам определенных размеров. Их отливают в формы для бетонной смеси (регулируется ГОСТ 10180). Образцы для испытаний также отбирают из готовых конструкций (регулируется ГОСТ 28570). При проведении испытания кубик давят в гидравлическом прессе до разрушения. Важно, что в процессе проверки раздавливают не единичный экземпляр, а серию образцов. Полученные измерения усредняют, а результаты заносят в протокол испытаний. Этим достигается уменьшение погрешности.

Перед испытаниями образцов бетона происходит сбор информации о материале, запрашиваются паспорта качества и исходя из этого подбирается оптимальный режим проведения испытаний. Но иногда случается так, что прочность оказывается в 1,5 — 2 раза выше расчётной. Последствия данной неожиданности мы и отразили в данном ролике.

Неразрушающие методы

ГОСТ 22690 объединяет в эту группу прямые и косвенные механические методы проверки прочности. Первые основаны на замерах механических воздействий на испытуемый материал. Вторые — на сравнении показаний приборов, т.е. косвенных характеристик с прочностными показателями разрушающих методов.

Прямые:

• Отрыв металлических дисков. Позволяет исследовать параметры местного разрушения бетона в месте отрыва приклеенного к нему металлического диска. Приложенное для отрыва усилие фиксируют прибором типа «Оникс». Полученный показатель делят на площадь диска. Затем число сверяют со справочной информацией.
  Используется для проверки армированных конструкций. Но в России этот способ встречается редко. Он не получил распространения из-за сложности с наклейкой дисков эпоксидным клеем в холодную погоду.
• Вырыв анкера со скалыванием. Измеряется сопротивление, которое оказывает бетон во время отрыва фрагмента камня с помощью анкера. Способ считают трудозатратным. Предварительно необходимо выбуривать отверстия для анкеров и затягивать их до раскрытия. Не подходит для испытаний тонких конструкций.
• Скалывание ребра конструкции. Метод применяют для проверки прочности линейных изделий: свай, ригелей, балок, перемычек.

Косвенные:

• Ультразвуковой контроль прочности бетона. Принятое сокращение — УЗК. Это метод базируется на разной скорости прохождения ультразвуковых волн через бетоны различной прочности. Проверку производят методом сквозного и поверхностного прозвучивания. Работы регламентируют ГОСТом 17624. В этом документе зафиксированы требования к технологии проведения испытаний на объектах строительства. Также указаны формы протоколов испытаний. Преимущество этого способа заключается в точности (при использовании современных приборов) и быстроте получения показателей. Но при применении УЗК необходимо произвести дополнительные вычисления и построить градуировочную зависимость, которая свяжет полученные данные с прочностью материала.

• Ударно-импульсный способ. При проведении испытания прибор считывает энергию удара и ее изменение в момент соударения бойка с поверхностью бeтона. Точность измерений при этом способе невысокая и несравнима с показателями лабораторных тестов. Зато есть преимущества в простоте процесса.
• Метод упругого отскока. Метод основан на связи прочности бетона со значением отскока бойка от поверхности бетона. Измеряют величину единицы отскока и далее, вычисляют прочность по заранее построенной градуировочной зависимости. Для работы применяют компактный прибор — молоток Шмидта, инструмент, который изобретен ещё в 1948 году. Из несущественных минусов отметим необходимость предварительной подготовки площадки, на которой проводят измерения.

• Метод пластической деформации. Это тоже способ, которым проверяют прочность бетонной поверхности. Используется ударный инструмент — молоток Кашкарова. Им ударяют по листам бумаги с копиркой, которые выкладывают на исследуемую поверхность. Затем замеряют параметры отпечатка на бумаге, который оставляет эталонный стержень на конце молотка. Показатели соотносят со справочными цифрами, взятыми из нормативных документов. Является довольно экзотическим методом, который редко применяется на практике, ввиду сложности с воспроизводимостью измерений разными испытателями.

Другие виды испытаний

Строительные нормативы при возведении зданий предписывают застройщикам проверять различные параметры бетонных конструкций. Для этого они пользуются услугами строительных лабораторий. Чаще всего определяют следующие характеристики:

• степень карбонизации;
• диаметр и расположение арматуры в готовой конструкции;
• измерение величины защитного слоя;
• влажность поверхности;
• плотность.

Также в лабораториях, для определения важных характеристик, обязательно тестируют образцы на водонепроницаемость и морозостойкость.

Испытание бетона на водонепроницаемость

От показателя водонепроницаемости бетона зависит его прочность и морозостойкость. Все исследовательские процедуры на определение марки по водонепроницаемости выполняют по регламенту ГОСТ 12730.5.

Образцы заливают в формы-цилиндры с диаметром 150 мм или формы-кубы с ребром 150 мм. После созревания их вынимают и тестируют водяным давлением на лабораторном оборудовании. Для уменьшения погрешности показателей в лабораториях исследуют не менее 6 образцов. В зависимости от требований применяют различные способы испытаний бетонных образцов на пропускание влаги:

• используют метод «мокрого пятна»;
• вычисляют коэффициент фильтрации;
• определяют глубину проникания воды под давлением;
• проводят экспресс-тест по воздухопроницаемости.

Техническое оснащение показывает уровень лаборатории и ее возможности по получению результатов проверок.

Определение параметров морозостойкости

Требования к морозостойкости бетона вызваны климатическими факторами на территории России. Проектировщики указывают этот параметр в проектах, а службы контроля включают его в список испытаний на предварительном этапе строительства. Морозостойкость зависит от плотности смеси и отсутствия пор, в которых может скапливаться вода.

Испытания на морозостойкость проводятся только в лабораториях. Работы регламентируются ГОСТ 10060-2012. Образцы замораживают в холодильных камерах до температуры от -18 С до -50 С. Затем бетонный кубик размораживают на воздухе или в водно-солевом растворе при t=+20C. Это считается полным циклом. После определенного количества циклов бетонный камень подвергают стандартной проверке на прочность с помощью гидравлического пресса.

Лаборанты определяют количество циклов, при котором сохраняется марочная прочность. Результаты заносят в протокол испытаний. Без подписи ответственного лица документ не действителен.

Маркировка смесей и готового бетона

Маркировка бетона регулируется ГОСТ 7473. Она отражает свойства, которые заложены производителем. Разберём принятые обозначения на одном примере:

Аббревиатуры БСТ, БСМ, БСЛ означает тип бетонной смеси: тяжёлая, мелкозернистая или лёгкая. Эти сокращения приняты в отрасли и закреплены в ГОСТе.

Буквой B обозначается класс по прочности в МПа.

Буквой П, Ж, Р обозначают принадлежность смесей к группам по удобоукладываемости: подвижные, жёсткие, растекающиеся.

Латинской буквой F маркируют параметр морозостойкости. Показывает, какое количество циклов замораживания-оттаивания выдерживает насыщенный водой бетон без потери прочности или массы.

Латинская буква W в маркировке означает водонепроницаемость. Она сочетается с четными числами от 2 до 20. Единицей измерения этого параметра принято считать давление в МПа×10⁻¹. Этим показателем характеризуют максимальный водный напор, при котором бетон не пропускает воду.

Список используемой нормативно-технической документации:

• ГОСТ 12730.0-78 Бетоны. Общие требования к методам определения плотности, влажности, водопоглощения, пористости и водонепроницаемости
• ГОСТ 7473-2010 Смеси бетонные. Технические условия
• ГОСТ 10180-2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам
• ГОСТ 18105-2010 Бетоны. Правила контроля и оценки прочности
• ГОСТ 28570-2019 Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций
• ГОСТ 10181-2000 Смеси бетонные. Методы испытаний
• ГОСТ 10180-2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам
• ГОСТ 13015-2012 Изделия бетонные и железобетонные для строительства. Общие технические требования. Правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения
• ГОСТ 17624-2012 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности
• ГОСТ 22690-2015 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля
• ГОСТ 31914-2012 Бетоны высокопрочные тяжелые и мелкозернистые для монолитных конструкций. Правила контроля и оценки качества