Прочность бетона при растяжении меньше чем при сжатии
Прочность бетона
Показатели прочности бетона
Прочность бетона на сжатие
Прочность бетона (способность сопротивляться разрушению) на сжатие – основной параметр, определяющий выбор конкретной марки этого стройматериала. При основных нагрузках на бетон в ходе эксплуатации конструкций зданий и сооружений — вертикально направленных, предел прочности бетона именно на сжатие должен иметь максимально высокие значения среди всех рассматриваемых вариантов.
Марочная (проектная) прочность бетона доводиться искусственным камнем по истечении 28 дней (4 недели). Достижение прочности бетона во времени существенно зависит от внешних условий твердения, таких как влажность и температура: чем выше температура, тем быстрее бетон достигает отметки нормативной прочности.
Прочность бетона и его состав
Зависимость прочности бетона на сжатие от его состава в основном определяется рациональным подбором заполнителей, причем учитывается не только их прочностные характеристики, но и размер зерна. В итоге, для строительства наиболее ответственных объектов (мосты, гидротехнические сооружения, высотные здания) для формирования смеси используются дорогостоящие крупнозернистые твердые породы (диаметр зерна 80-100 мм), обеспечивающие максимальную (нормативную) прочность бетона в МПа.
Средняя прочность бетона на сжатие достигается применением в качестве заполнителя смеси гравия со средним размером зерна (5-20 мм), желательно еще и с предварительной очисткой заполнителя струей воды. В качестве мелкого заполнителя для таких марок бетона применяется смесь крупного и мелкого песка, повышающих плотность цементного теста и одновременно предел прочности бетона при сжатии за счет снижения количества полостей. Кроме этого, снижение размеров и числа полостей в застывающей смеси существенно продлевает срок службы бетона.
Прочность бетона на растяжение
Проектная прочност бетона на растяжение существенно меньше, чем на сжатие, и зачастую случаев при проектировании не учитывается, так как ее важность ограничивается рассмотрением возможности растрескивания материала при перепадах температуры. Значение прочности бетона на растяжение варьируется в пределах от 1/20 его нагрузочной способности у «молодого» бетона до 1/8 у «старого» бетона. Наибольшее значение прочность бетона на растяжение имеет при подборе материала для дорожного строительства, производимого без дополнительного армирования. В данных случаях при неверном выборе марки материала вполне реальна деформация бетона и быстрое разрушение дорожного покрытия.
Прочность бетона на изгиб
Прочность бетона
Прочность бетона определяется его сопротивлением различным силовым воздействиям — сжатию, растяжению, изгибу, срезу. Один и тот же бетон имеет разное временное сопротивление при различных силовых воздействиях. Исследования показали, что теории прочности, предложенные для других материалов, к бетону не применимы. Поэтому количественная оценка прочности бетона в настоящее время основывается на осреднённых опытных данных, которые принимаются в качестве исходных при проектировании любых бетонных и железобетонных конструкций.
Отсутствие закономерности в расположении отдельных частиц, составляющих бетон, приводит к тому, что при испытании образцов, изготовленных из одной и той же бетонной смеси, получают различные показатели временного сопротивления — разброс прочности. Кроме того, необходимо помнить, что механические свойства цементного камня и заполнителей существенно отличаются друг от друга; к тому же структура бетона изобилует дефектами, которыми, помимо пор, являются пустоты около зёрен заполнителя, возникающие при твердении бетона.
Прочность бетона на осевое сжатиесчитается основной его характеристикой, так как наиболее ценным качеством бетона является его высокая прочность на сжатие. Она в лабораторных условиях может определяться на образцах в форме кубов, призм или цилиндров. У нас в стране для оценки прочности бетона при сжатии используют преимущественно кубы.
Так как бетон представляет собой неоднородный искусственный каменный материал, то для получения достоверных сведений об его прочности в соответствии с действующими стандартами испытывают партию образцов и определяют 
(средний предел прочности на осевое сжатие бетонных кубов с ребром 150 мм) и 
(средний предел прочности на осевое сжатие эталонных бетонных образцов призм).
Кубиковая прочность.При осевом сжатии кубы (как и другие сжатые образцы) разрушаются вследствие разрыва бетона в поперечном направлении. Наклон трещин обусловлен влиянием сил трения, которые развиваются на контактных поверхностях между подушками пресса и опорными Гранями куба (рис. 2.2а). Силы трения, направленные внутрь, препятствуют свободным поперечным деформациям бетона вблизи опорных поверхностей и тем самым повышают его прочность на сжатие (создаётся эффект обоймы). Удерживающее влияние сил трения по мере удаления от торцевых граней куба уменьшается, поэтому после разрушения куб приобретает форму четырех усеченных пирамид, сомкнутых малыми основаниями. Если при осевом сжатии куба удаётся устранить или значительно уменьшить (с помощью смазки контактных поверхностей, например, парафином или картонных прокладок) влияние сил опорного трения, то характер его разрушения и прочность изменяются (рис. 2.2б).
Рисунок 2.2 – Характер разрушения бетонных кубов: а — при наличии трения по опорным плоскостям; б — при отсутствии трения; 1 — силы трения; 2 — трещины; 3 — смазка.
В этом случае поперечные деформации проявляются свободно и трещины разрыва становятся вертикальными, параллельными действию сжимающей силы, а временное сопротивление бетона сжатию существенно уменьшается. Согласно стандарту кубы испытывают без смазки контактных поверхностей и при отсутствии прикладок.
Опытами установлено, что прочность бетона одного и того же состава зависит от размеров куба. За стандартные (эталонные) лабораторные образцы принимают кубы с ребром 150 мм. При испытаниях кубов иных размеров результаты их испытаний с помощью поправочных коэффициентов приводят к результатам испытаний эталонных кубов.
Призменная прочность.Реальные железобетонные конструкции по своей форме и размерам существенно отличаются от лабораторных кубов. В них чаще всего один размер превышает два других (например, пролёт — ширину и высоту изгибаемого элемента; высота сжатого элемента — размеры его поперечного сечения).
В связи с тем, что при испытаниях бетона при переходе от образца в форме куба к образцу в форме призмы (при одинаковой площади их сечения) временное сопротивление сжатию при увеличении h уменьшается (рис. 1.3), кубиковая прочность не может быть непосредственно использована в расчётах прочности элементов конструкций, а служит только для контроля качества бетона в производственных условиях.
Уменьшение временного сопротивления бетона сжатию при переходе; от образцов в форме куба к образцам в форме призмы объясняется тем, что при увеличении отношения h/a постепенно ослабевает влияние сил трения, возникающих между торцами образца и плитами пресса, на напряжённое состояние образца в его средней по высоте части, а для призм с h/a ≥ 4 это влияние практически полностью исключено.
Принято определять призменную прочность бетона , основную и наиболее стабильную характеристику прочности бетона на сжатие, используемую в расчётах на прочность сжатых и изгибаемых элементов, на эталонных призмах с размерами 150 ´ 150 ´ 600 мм (h/ a = 4).
Рисунок 2.3 – График зависимости призменной прочности бетона от
отношения размеров испытываемого образца
Опытами установлено, что при 4 ≤ h/a
Процесс набора прочности бетона
Все жилые здания и хозяйственные постройки выполняются с применением бетона. В зависимости от его класса, вы можете выложить аллейки, создать фундамент, несущие конструкции, дом, фонтан в саду. Чтобы конструкция прослужила долго, важно использовать правильные марки материалов, соответствующей прочности.
Какой бывает прочность бетона
Многие считают бетон прочным и долговечным материалом, и это справедливо. Но есть разные способы оценки его прочности, как и разные виды. Знания о прочности конструкций позволят избежать дефектов и ускоренного разрушения постройки, включая появление трещин и досрочный выход здания из строя.
Прочность на сжатие бетона
Это наиболее известное, распространенное и общепринятое измерение прочности, которое применяют для оценки характеристик конкретной смеси. Прочность на сжатие измеряет способность бетона выдерживать расчетные нагрузки, и соответственно, позволяет уменьшить количество задействованного бетона в конструкции.
Прочность на сжатие проверяют путем разрушения цилиндрических образцов бетона в специальной машине, предназначенной для измерения этого показателя.
Единица измерения кгс/кв. см. Чем выше значение, тем бетонная смесь прочнее и тем больше ее цена. И чем прочнее бетон, тем он долговечнее.
Прочность на сжатие является главным критерием для ответа на вопрос, будет ли конкретно взятая смесь бетона соответствовать потребностям конкретной работы.
Каждая бетонная конструкция имеет свой диапазон прочности на сжатие. Например:
Прочность на сжатие обычно проверяется через семь дней, а затем снова через 28 суток, чтобы определить диапазон прочности на сжатие. Семидневный тест проводится для определения раннего усиления конструкции, но в стандартах подразумевается результат 28-ми дневного теста.
Для строительной конструкции используют понятие класса прочности, который соотносится с маркой. Например, класс В3,5 соответствует марке бетона М50.
Прочность на разрыв
Прочностью на разрыв называется способность бетона противостоять разрушению или растрескиванию при растяжении. Этот параметр влияет на размер трещин в бетонных конструкциях и степень их возникновения. Трещины появляются, если растягивающие усилия превышают предел прочности бетона.
Обычно бетон имеет более низкую прочность на разрыв по сравнению с прочностью на сжатие. Из чего следует, что бетонные конструкции, испытывающие растягивающее напряжение, должны быть усилены материалами с высокой прочностью на разрыв, например, сталью.
Непосредственно проверить прочность бетона на разрыв сложно, поэтому используются косвенные методы. Наиболее распространенными косвенными методами являются прочность на изгиб и разделенная прочность на растяжение. Параметр определяют с помощью испытания на разрыв бетонных цилиндров.
Прочность бетона на изгиб
Такой вид прочности используется как еще один измеритель прочности на разрыв. Он определяется, как мера неармированной бетонной плиты или балки, способная противостоять разрушению при изгибе. Другими словами, это способность бетона сопротивляться изгибу. Прочность на изгиб обычно составляет от 10 до 15 процентов прочности на сжатие, в зависимости от конкретной бетонной смеси.
Измеряют прочность на изгиб для влажного бетона. Поэтому при описании прочности на бетона, чаще используются результаты испытаний прочности на сжатие, поскольку эти числа более надежны.
От чего зависит набор прочности бетона?
Главные причины, которые влияют на прочность бетона дополняются химическими процессами, влиянием атмосферы, взаимодействием с влагой. Все это факторы, которые влияют на прочность. Избежать этого невозможно. Но можно учесть на этапе проектирования.
Дополнительные причины, влияющие на проектную прочность бетона, включают:
Температура
Чем холоднее на улице, тем медленнее повышается прочность бетона. При отрицательных температурах процесс останавливается, так как замерзает вода, обеспечивающая гидратацию цемента. Как только температура воздуха повысится, набор прочности бетона продолжится. При снижении температуры может опять остановиться.
При наличии в составе различных модификаторов время твердения может уменьшаться, а температура, при которой процесс останавливается, снижаться. Производители предлагают специальные быстротвердеющие составы, способные набрать марочную прочность уже через две недели.
Потепление способствует ускорению твердения бетона. При 40 °C марочное значение может быть достигнуто уже через неделю. Именно поэтому заливку бетона на приусадебном участке для сокращения сроков строительства лучше производить в жаркую погоду.
Зимой может потребоваться прогрев бетона, что выполнить собственными силами крайне проблематично: требуется специальное оборудование и знание технологии выполнения работ. Следует учесть, что нагрев раствора свыше 90 °C недопустим.
Чтобы понять, как температура оказывает влияние на процесс твердения, стоит изучить график набора прочности бетона. Кривые построены на основании информации, собранной для марки М400 при различных температурах. По графику можно определить, какой процент от марочного значения будет достигнут через определенное количество суток. Каждая кривая соответствует конкретной температуре. Первая линия 5°C, последняя – 50° С.
График набора прочности бетона по суткам
График позволяет определить срок распалубки монолитной конструкции. Опалубку можно снимать, как только прочность превысит 50% от своего марочного значения. Следует обратить внимание, что согласно графику, если температура воздуха ниже 10 °C, марочное значение не будет достигнуто даже через две недели. При таких погодных условиях уже стоит задуматься о подогреве заливаемого раствора.
Время
Для определения нормативно-безопасного срока начала работ часто используется следующая таблица. В ней в зависимости от марки бетона и его среднесуточной температуры приведена информация о наборе прочности через определенное количество суток:
| Марка бетона | Среднесуточная температура бетона в °C | Срок твердения в сутках | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 5 | 7 | 14 | 28 | ||
| Прочность бетона на сжатие (процент от марочной) | ||||||||
| М200–300, замешанный на портландцементе М 400–500 | -3 | 3 | 6 | 8 | 12 | 15 | 20 | 25 |
| 0 | 5 | 12 | 18 | 28 | 35 | 50 | 65 | |
| +5 | 9 | 19 | 27 | 38 | 48 | 62 | 77 | |
| +10 | 12 | 25 | 37 | 50 | 58 | 72 | 85 | |
| +20 | 23 | 40 | 50 | 65 | 75 | 90 | 100 | |
| +30 | 35 | 55 | 65 | 80 | 90 | 100 | – | |
Если нормативно-безопасный срок установлен на уровне приблизительно 50%, то безопасным сроком начала работ можно считать 72 – 80% от марочного значения.
В зависимости от времени выдержки искомое значение можно определить по следующей формуле:
прочность на n-ый день = марочная прочность *(lg (n) / lg (28)). Причем n не может быть меньше 3-х дней.
Состав и характеристики цемента
Если сразу после заливки цемент способен набирать прочность благодаря своему тепловыделению, то после замерзания воды процесс неизменно остановится. Именно поэтому при выполнении работ в зимний и осенне-весенний период предпочтительно использовать смеси с противоморозными добавками.
Глиноземистый цемент после укладки способен выделить в семь раз больше тепла, чем обычный портландцемент. Именно поэтому приготовленный на его основе бетон набирает марочную прочность даже при отрицательной температуре.
Марка также оказывает влияние на скорость процесса. Чем ниже марка, тем выше критическая прочность. Таблица наглядно отражает такую зависимость:
| Марка бетона (по прочности на сжатие) | Критическая прочность (процент от марочной), минимум |
|---|---|
| для предварительно напряженных конструкций | 70 |
| М15 – 150 | 50 |
| М200 – 300 | 40 |
| М400 – 500 | 30 |
Влажность
Пониженная влажность негативно отражается на процессе. При полном отсутствии влаги гидратация цемента становится невозможной, и твердение бетонов практически останавливается.
При максимальной влажности и высокой температуре (70 – 90 °C) скорость нарастания прочности значительно повышается. В таком режиме осуществляется пропаривание состава в автоклавах паром высокого давления.
Нагрев до столь высоких температур при минимальной влажности неизбежно приведет к высыханию бетона и снижению скорости набора. Чтобы этого не произошло, следует своевременно производить увлажнение. В таком случае в жаркую погоду прочность будет набрана в минимально возможные сроки.
Способы определения прочности бетона на сжатие в лабораторных условиях
Все испытания проводятся в сертифицированной лаборатории и соответствуют требованиям, описанным в ГОСТ 10180-2012. Согласно правилам, описанным в документе, для исследования подходят:
Лабораторный образец изготавливается также, как это происходило бы по правилам в реальных условиях. Затем его загружают в испытательную машину-пресс и начинают прилагать равномерное усилие до тех пор, пока испытательный образец не будет разрушен. В испытании используют несколько образцов для того, чтобы определить среднее значение. Метод применяется в заводских или лабораторных условиях.
Неразрушающие методы контроля прочности бетона или способы определения прочности на месте
Оценка прочности бетона на месте является основной проблемой при оценке состояния существующей инфраструктуры или при контроле качества нового строительства. Поэтому кроме лабораторных методов определения прочности строителям важны и те, которые позволяют измерить ее на месте. Это неразрушающие методы, использующие показания приборов.
К неразрушающим методам относится метод отскока. Он состоит в ударе и последующем измерении отскока массы молота с пружинным приводом после его удара о бетон. Благодаря простоте и дешевизне способ используется довольно часто. Существуют эмпирические корреляции между прочностными характеристиками и числом отскока. Поэтому его считают достаточно надежным.
Также существует ультразвуковой метод измерения. Концепция, лежащая в основе данной технологии, состоит в измерении времени, за которое расширятся акустические волны с последующим сравнением с плотностью и упругостью материала. Время прохождения ультразвуковых волн отражает внутреннее состояние испытываемой поверхности. Применяется для измерения колонн, балок, ригелей.
Схватывание бетона
Бетоном пользуются не сразу после затвердения, так как может потребоваться некоторое количество времени, чтобы довезти материал до объекта. Смесь должна оставаться подвижной, чему способствует механическое перемешивание раствора в миксере автосмесителя. Тиксотропия позволяет сохранить основные свойства смеси до ее заливки, откладывая старт начальной стадии созревания. Однако следует знать, что если время затянуть или температура поднимется, развивается необратимый процесс «сваривания» раствора, в результате которого занизятся его характеристики.
Схема возможного расслоения бетонной смеси: а — в процессе транспортирования и уплотнения, б — после уплотнения; 1 — направление, по которому отжимается вода, 2 — вода, 3, 4 — мелкий и крупный заполнители.
Длительность схватывания находится в зависимости от температуры воздуха — от 20 мин. до 20 часов. Наибольшая продолжительность данного процесса зимой при температурных значениях около 0 град. Заливка монолитного фундамента в этот период будет сопровождаться удлинением интервала начала схватывания от 6 до 10 часов, а сама стадия растянется на 15 – 20 ч.
Оптимально заливать бетон в форму при 20 градусах. Тогда при условии, что раствор затворен за час до заливки, схватывание цемента начнется через один час и завершится через 60 мин. Жаркая погода способствует практически моментальному схватыванию раствора за 10 – 20 мин.
Стадия твердения бетона
После схватывания бетон начинает твердеть. Для завершения процесса и окончательного набора прочности может потребоваться несколько лет. Марку бетона можно будет определить через четыре недели.
Стоит учесть, что прочность бетон набирает с различной скоростью. Наиболее интенсивно процесс протекает в первую неделю после заливки бетона. Уже в первые трое суток данный показатель в нормальных условиях составляет около 30% от марочного значения, определяемого через 28 дней после заливки.
В течение первых 7 – 14 суток раствор набирает до 70 % от указанного значения, а через три месяца на 20 % превышает его. После этого процесс замедляется, но не прекращается.
Через три года показатель может вдвое превысить значение, полученное через 28 дней после заливки. Специальная справочная таблица позволяет узнать, какой процент от марочного значения наберет состав при конкретной температуре через определенное количество дней.
Графики набора прочности бетона при сжатии в сутках и часах 
Нарастание прочности бетона класса В25. В30 на портладцементе марки 500 в % от R28 при температуре твердения от 0 0 С до +60 0 С 
График набора прочности бетона в зависимости от температуры
Комбинированные методы контроля
Отбойный молоток и скорость ультразвукового импульса являются наиболее широко используемыми методами неразрушающего контроля для оценки прочности бетона в существующих конструкциях. Если использовать их вместе, то получится комбинированный метод. А комбинированные методы проверки включают в себя сочетание методов неразрушающего контроля. Это позволяет повысить точность полученных значений.
Комбинированный метод проверки
Виды бетонных смесей и сфера их использования
От того, какова степень сжатия бетона зависит сфера применения материала.
| Класс бетона по ГОСТ 26633-91 | Класс бетона по СНБ 5.03.01-01 | Применение |
|---|---|---|
| В0,35-В2,5 | — | используется при проведении подготовительных работ, для бетонирования конструкций, не несущих нагрузку |
| В3,5-В5 | — | применяется для монтажа бордюров в дорожном строительстве, для создания подушки или подбетонки под фундаментом |
| В7,5 | — | используется также, как и предыдущая позиция, а также при бетонировании дорожек, для заливки фундамента, для формирования дорожных плит |
| В10-В12,5 | С 8/10 | Самая популярная смесь, используемая в домашнем и коммерческом строительстве. Этот бетон обычно используется для неструктурных строительных элементов, таких как плиты патио и дорожки. Также подходит для создания конструктивных элементов, например, перемычек. |
| В15 | С12/15 | Идеальная бетонная смесь для заделки дорожек и бордюров. |
| В20 | С16/20 | Бетон с такой прочностью часто применяется для внутренних полов и фундаментов, где вес общих конструкций на бетон будет меньше. Он идеально подходит для оснований домашних мастерских и гаражей, а также для подъездных путей и внутренних плит перекрытия. |
| В25 | С20/25 | Универсальный бетон, который используется на многих коммерческих и бытовых строительных площадках. Часто используется при заливке фундаментов (опор). Это также идеальный бетон для плитных фундаментов для полов в домах и бунгало. |
| В30 | С25/30 | Универсальный бетон, который используется на многих коммерческих и бытовых строительных площадках. Он часто используется при заливке фундаментов (опор). Это также идеальный бетон для плитных фундаментов для полов в домах и бунгало. |
| В35 | С 28/35 | Конструктивно прочная смесь для интенсивного использования, которая идеально подходит для коммерческих структур и объектов, которые должны выдерживать интенсивное использование. Он обычно используется для несущей конструкции и создания внешних перекрытий и стен. Другие области применения включают коммерческие плиты, включая металлическую арматуру, а также зоны сдерживания сельскохозяйственной и строительной промышленности, такие как дворы и сараи. |
| В40 | С32/40 | Конструктивно прочная смесь для интенсивного использования, которая идеально подходит для коммерческих структур и объектов, которые должны выдерживать интенсивное использование. Он обычно используется для несущей конструкции и создания внешних перекрытий и стен. Другие области применения включают коммерческие плиты, включая металлическую арматуру, а также зоны сдерживания сельскохозяйственной и строительной промышленности, такие как дворы и сараи. |
Использование бетонных конструкций для частных построек
Использование тех или других бетонных конструкций и смесей в рамках проекта одобряется квалифицированными инженерами, имеющими соответствующий опыт работы. Планы и проекты проходят утверждение в соответствии с требованиями и только после согласования всех технических деталей, можно приступать к началу строительства.
Подъемное оборудование должно иметь маркировку с указанием номинальной грузоподъемности и должно выдерживать, вес, в 2,5 раза превышающий тот, который будет фактически подниматься подъемной установкой.