Зубков - Определение прочности бетона

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Самарская государственная архитектурно-строительная академия

В. А. Зубков

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА

Учебное пособие

Рекомендовано к изданию Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации

Москва 1998

Зубков В.А.

Определение прочности бетона:

Учебное пособие. /М.: изд-во АСВ, 1998, -120с., ил.39, таб.5.

Рассмотрены методы, приборы и устройства для определения прочности бетона в строительных конструкциях в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений, при их обследовании и реконструкции. Приводятся классификация методов, их достоинства и недостатки, области применения.

© Самарская государственная архитектурно-строительная академия

© Издательство: АСВ, 1998

ПРЕДИСЛОВИЕ

При изучении студентами дисциплины "Обследование, испытание и реконструкция зданий и сооружений" наиболее сложным для понимания является раздел "Определение прочности бетона". Это объясняется -не столько сложностью материала, сколько отсутствием учебной литературы по данному разделу, в которой были бы изложены современные методы оценки прочности бетона.

Наиболее полно эти методы изложены в монографиях М.Ю.Лещинского, Б.Г.Скрамтаева "Испытание прочности бетона" и О.В.Лужина "Обследование и испытание конструкций".Однако как в первой, так и во второй монографиях мало уделено внимания классификациям методов и автоматизации процесса контроля.

В настоящем учебном пособии представлены основные современные методы определения прочности бетона, используемые на стройках и заводах ЖБИ. Приведенная классификация методов и их критический анализ позволит студентам глубже освоить материал по данной дисциплине и более грамотно использовать эти методы, работая на инженерных должностях.

Учебное пособие написано в соответствии с программой дисциплины "Обследование, испытание и реконструкция зданий и сооружений".Некоторые материалы являются результатом научных исследований автора, выполненных в Самарской государственной архитектурно-строительной академии. При построении ряда графиков использованы результаты исследований Б.Г.Скрамтаева, М.Ю. Лещинского, М.А.Новгородского, Джонса и других авторов, работающих в данной области.

Автор выражает сердечную благодарность д.т.н., проф. О.В.Лужину, д.т.н. проф. А.В.Забегаеву, д.т.н., проф. В.А.Клевцову, проф. А.И.Бедову, сотрудникам кафедр "Испытание зданий и сооружений" и 'Железобетонные и каменные конструкции" Московского государственного строитепьного университета, сотрудникам Самарской государственной архитектурно-строительной академии за оказанную помощь в проведении исследований и подготовке настоящего учебного пособия.

1. ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА

Прежде чем перейти к изложению основного материала, представляется необходимым вспомнить некоторые понятия, характеризующие прочностные свойства бетона, которые студенты получили, изучая дисциплины "Сопротивление материалов", "Теория механики твердого тела","Строительные материалы", "Бетон и железобетон".

Бетон - искусственный материал, полученный в результате твердения смеси из песка, щебня, цемента и воды, составленной в определенной пропорции. В некоторых случаях в состав бетона вводят дополнительные материалы, называемые добавками.

Одной из основных характеристик бетона, позволяющей стать ему основным строительным материалом, является высокая прочность на сжатие. Прочность - свойство материала воспринимать, не разрушаясь внешние механические нагрузки и воздействия (сжатие, растяжение, сдвиг и др.). Предел прочности - максимальное значение механической нагрузки, приведенной к единице площади рабочего сечения, при достижении которой материал разрушается. Предельное значение прочности обозначается R и имеет размерность МПа или кгс\см² .

Легкие бетоны (керамзитобетон, пенобетон) обладают прочностью на сжатие в диапазоне 5-20 МПа, тяжелые бетоны, в которых в качестве крупного заполнителя используется известняк, имеют прочность 7-40 МПа, а на гранитном заполнителе-10-60 МПа. У специальных бетонов прочность на сжатие может достигать 120 МПа. Прочность бетона зависит от его состава, прочностных и геометрических характеристик исходного материала, активности цемента и других факторов.

Кроме прочности, необходимо рассмотреть и такое понятие, как класс бетона. Класс бетона по прочности - показатель, характеризующий прочность бетона, устанавливаемый техническими нормами в зависимости от основных эксплуатационных характеристик или свойств материалов.

Согласно СНИП 2.03.01-84, при проектировании строительных конструкций принимаются классы по прочности: В3,5 ; В5; В7,5 ; В10; В12,5; 815; 820; В25; ВЗО; В35; В40; 845; В50; 855; 860.

Классы характеризуются прочностью R, которая является исходной величиной для определения Re, Rb, Rbn, Rw, Rwn, Rbp и др. и исходной величиной для расчета состава бетонной смеси. Фактическая прочность бетона R должна соответствовать (но не равна) значению прочности заданного класса с определенной степенью обеспеченности, величина которой нормируется и, в соответствии с ГОСТ 25192 - 82,составляет 0,95.

Так, если из бетонной смеси, соответствующей классу 820 с Rbn=153 кг/см², изготовить и после 28-дневного твердения испытать на сжатие три кубика размером 150x150x150 мм то результаты испытания могут быть равными 195 кг\см² , 210 кг\см², 215 кг\см². Среднее значение Re = 208 кг\см²

Т.е. рассчитывать бетонную смесь нужно таким образом, чтобы была гарантирована проектная прочность с обеспеченностью не менее 0,95.

До 1985г. вместо классов при расчете строительных конструкций использовалось понятие "Марка бетона". Значение класса (марки) бетона принимается при проектировании строительных конструкций в зависимости от их назначения, условий эксплуатации, геометрических размеров и экономических соображений. Так, для плит перекрытий используется бетон 820, для колонн-В25, для свай – В30, при строительстве Останкинской башни применялся бетон 850.

По своей природе бетон является неоднородным материалом, и в одной конструкции прочность может изменяться в некоторых пределах.

Определение фактической прочности бетона непосредственно в строительных конструкциях является сложной технической задачей. Для человечества такая проблема возникла одновременно с появлением бетона и решалась по-разному в зависимости от уровня технического развития. Сложность проблемы заключалась еще и в том, что в природе отсутствует такая физическая величина, как прочность. Эту задачу можно решить только путем использования косвенных величин, связанных с прочностью. Одной из первых косвенных величин было усилие (Р), при достижении которого разрушался бетонный кубик или цилиндр. Данную величину можно замерить различными способами. Разделив усилие на площадь поперечного сечения, получим искомое значение прочности бетона на сжатие, из которого изготовлен кубик. В дальнейшем в качестве косвенных характеристик использовались диаметры отпечатков, усилие вырыва анкера, величина отскока упругого тела, скорость ультразвука и др.

В последующих главах рассмотрим способы применения различных косвенных характеристик и методы определения прочности бетона в строительных конструкциях.

2. 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.

2.1. 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. Данным методом определяется прочность на сжатие Rс и на растяжение Rbt. В России и странах СНГ в качестве контрольных образцов используются кубы размером 100x100x100 мм, 150x150x150 мм, 200x200x200 мм и баночки, размером 100x100x400 мм или 150x150x600 мм. В зарубежных странах в качестве контрольных образцов используются цилиндры 100x100x400 мм.

Образцы для испытания (кубы и цилиндры) могут быть выпилены непосредственно из строительной конструкции. В этом случае определяется прочность бетона непосредственно в конструкции. Однако в процессе выпиливания возникают микроразрушения на поверхности образцами полученная прочность может быть занижена.

2.2. Метод местного (локального) разрушения бетона Этот метод, в свою очередь, включает группу самостоятельных методов, основанных на разрушении бетона на определенном участке конструкции.

Метод отрыва со скалыванием. Основан на использовании зависимости усилия, необходимого для вырывания анкерного стержня из бетона от прочности данного бетона. Вместе с анкерным стержнем вырывается часть бетона конической формы.

Метод скалывания углов. Основан на использовании зависимости усилия, необходимого для скалывания угла в конструкции на определенной длине от прочности бетона. Огнестрельный метод. В основу метода положена зависимость объема разрушенного бетона, при соударении о него пули при стрельбе из пистолета от прочности бетона.

2.3. Неразрушающие методы определения прочности бетона

Целая группа методов, позволяющих без разрушения бетона определять его прочность, при этом используются различные косвенные величины, имеющие связь с прочностью. Склерометрический метод или метод пластических деформаций. Основан на использовании зависимости диаметра отпечатка, полученного вследствие пластических деформаций бетона от удара о его поверхность сферическим упругим телом, например, шариком, от прочности бетона. В этом случае учитываются только пластические свойства бетона.

Метод упругого отскока. Основан на использовании зависимости величины отскока упругого тела, при соударении его о поверхность бетона, от прочности этого бетона. Ультразвуковой импульсный метод. Используется зависимость скорости распространения импульсного ультразвука от прочности бетона.

Метод ударного импульса. В основу метода положено преобразование энергии удара бойка в электрический импульс, а прочность бетона определяется по форме электрического сигнала, которая зависит от упругих и пластических свойств материала.