Як визначити міцність бетону і чим вона характеризується?

За рахунок дешевизни та доступності компонентів (цемент, пісок, щебінь, вода), бетон був і залишається найдешевшим і практичним будівельним матеріалом, що покриває попит і потреби сучасного виробничо-будівельного сектору.

Одна з основних характеристик бетону – його міцність. І йдеться, перш за все, про опір зусиллям на стиснення. На міцність впливає і коефіцієнт ущільнення бетонної суміші, і технологія виробництва, і якість компонентів, що використовуються. При проектуванні майбутньої будівлі враховуються багато факторів, але міцність бетону завжди буде головною характеристикою.

Тому, до речі, і постають питання на кшталт: як визначити міцність бетону та бетонної суміші, на основі яких критеріїв ставиться оцінка, які методи контролю використовуються тощо. Намагатимемося відповісти на всі ці питання, по можливості не вдаючись у технічні характеристики та тонкощі регламенту.

Чим характеризується міцність бетону?

Головне питання щодо максимального опору зусиль на стиснення – чим характеризується міцність бетону. Відповідь – класом та маркою міцності, які у свою чергу визначаються методами контролю після повного висихання бетонної суміші.

Скільки діб бетонна суміш набирає міцності? Стандартний період визначення міцності становить 28 діб, але це необов’язкове значення. Часто момент визначення встановлюється індивідуально, згідно з умовами, прописаними у проектній документації.

Марка бетону (М) – середня (кубикова) міцність бетону на стиск, що визначається кгс/м2. Визначається серією тестів за формулою розрахунку середнього арифметичного значення. Щоб спростити визначення, наведемо приклад.

Після повного висихання бетону (щонайменше 28 діб), вирізають невеликий кубик розміром 10×10×10 мм, наприклад. Далі його ставлять під прес, який стискає кубик до руйнування. Прес вимірює кількість кілограм-сил (кгс або кг), витрачених на руйнування шматочка бетону розміром 1 кубічний сантиметр (см 2 ).

До речі, це не єдиний спосіб, оскільки визначити якість бетонної суміші після повного висихання можна й іншими методами, про що розповімо нижче.

Що ж до формули визначення середнього значення міцності, вираженої в кгс/м 2 , то її використання потрібно провести дослідження кількох шматочків бетону. Потім скласти отримані значення і поділити на кількість зразків, що використовувалися у тестуванні.

Класом бетону (B) називають гарантовану «кубикову» міцність на стиск (одиниця виміру – МПа) з довірчою ймовірністю (забезпеченість) 95%. Обчислюється за формулою певного інтеграла шляхом визначення відсічення 5% при розрахунку міцності всієї продукції окремо взятого виробника.

Для середньостатистичної людини всі ці формули складні, тому головне, що потрібно запам’ятати – чим вища марка бетону, тим вищий його клас, і відповідно, середня та гарантована міцність. Наприклад:

1. Для класу бетону В3,5 підходить марка М50 із середньою міцністю 45,84 кгс/м2.
2. Бетон класу В30 відповідає марці М400 (міцність – 392,9 кгс/м2).
3. А клас бетону В60 відповідає марці М800 тощо.

Тепер ви знаєте класичний тест, як визначити міцність бетону на стиск.

Неруйнівні методи контролю міцності бетону

Вищеописаний метод тестування використовується в лабораторних умовах для визначення класу та марки на стадії виробництва. Але як перевірити міцність бетону готової бетонної конструкції чи виробу? І тому існує кілька способів.

1. Використання спеціального інструменту під назвою молоток Фізделя. Є удосконаленим варіантом молоточка (зі штангенциркулем), яким ударяють по очищеному бетону. В результаті механічного пошкодження утворюється лунка, діаметром і глибиною якої визначають міцність тестованого матеріалу. Точне значення міцності визначається за формулою на основі результатів, отриманих після пробою 8-12 лунок. Тут також важливо, як довго набирає міцність бетон. Тестування проводиться після повного висихання (щонайменше 28 днів).
2. Молоток Кашкарова зовні і за способом функціонування схожий на винахід Фізделя. Але є одна фундаментальна відмінність – молоток Кашкарова робить відразу дві лунки: одну на бетоні, іншу на еталонному стрижні (вимірювальний зразок). Значення міцності визначається за ступенем пошкодження бетонної поверхні у співвідношенні з лункою на стрижні.
3. За допомогою пістолета ЦНДІБК (рос. ЦНИИСК) вимірюють такий параметр, як пружний відскок. Принцип дії досить простий: стрижневий ударник ударяє по бетону, відскакуючи від нього на певну відстань. Цю відстань вимірює пристрій, показуючи значення пружного відскоку.
4. Метод сколювання ребра бетонної конструкції за допомогою спеціального вимірювального приладу, що визначає зусилля, що докладається для деформації бетону.

Механічні методи досліджень використовуються після того, як бетон набере повну міцність: скільки днів для цього потрібно, ми вже згадували вище.

Окрім механічних методів контролю також використовується ультразвукове дослідження, яке може бути поверхневим чи наскрізним. Поверхневе ультразвукове дослідження застосовують для визначення міцності плит перекриттів та стінових панелей, а наскрізне – для лінійних конструкцій (балки, ригелі, колони тощо).

Перевірка бетонної суміші до укладки

Іноді потрібно визначити якість у ході роботи, коли бетон тільки готується. Отже, як перевірити якість бетонної консистенції? Визначити якість можна за двома ознаками:

1. Колір бетонної суміші має бути насичено сірим та рівномірним. Якщо за кольором суміш ближче до коричневої або в ній є характерні вкраплення, швидше за все проблема в надмірній кількості піску. Також причина може бути у різних добавках.
2. Однорідність складу. Приготовлена бетонна суміш має бути однорідною і рівномірно литися. Якщо суміш падає шматками, то якість недостатньо висока.

Це основні критерії, за якими можна визначити якість бетонної суміші: методи випробувань, як видно, дуже обмежені. Щоб точно визначити міцність бетону, потрібно дати йому висохнути, після чого скористатися одним або декількома методами контролю, описаними вище.

Які фактори впливають на міцність бетону

Розглядаючи тему міцності бетону, варто згадати про технічні фактори, що впливають на цю міцність. Що важливо знати:

• чим цемент якісніший (активніший), тим вище буде міцність бетону;
• кількість використовуваного цементу також впливає на міцність: чим його більше у відношенні до інших компонентів, тим міцнішим і витривалішим буде бетон;
• правильна кількість води – якщо перевищити міру, бетон вийде пористим, що позначиться на характеристиках міцності;
• якість дрібного (піску) і великого (щебеню) заповнювача також грає роль, особливо це стосується піску та вмісту в ньому глини;
• щоб отримати якісний бетон, потрібна гарна вода без зайвих домішок (краще брати водопровідну воду);
• дотримання оптимальних умов затвердіння (температура, вологість тощо).

Варто зазначити, за якої температури бетон набирає міцність. Рекомендоване температурне вікно від +15 до +25 градусів. Це оптимальна температура, при якій бетон сохне поступово та рівномірно.

Добавки для підвищення міцності

Підсилити бетон можна за допомогою спеціальних добавок, причому на стадії виготовлення бетонної суміші. Робиться це за допомогою високоміцних екструдованих поліпропіленових волокон (фібри). Це відносно новий вид армуючої добавки, який лише недавно почали використовувати як у приватному, так і промисловому будівництві.

Що дає поліпропіленове фіброволокно:

• значно підвищується міцність на стиск і розтяг при вигині (до 25-30%), особливо якщо використовуються макроармуючі волокна на кшталт PoliArm;
• також підвищується ударна міцність і в’язкість бетону;
• бетон менше схильний до розшаровування та усадки;
• суттєво знижується ймовірність появи тріщин при висиханні (до 70% менше тріщин), особливо при використанні мікрофібри типу MicroArm;
• з’являються додаткові властивості: морозостійкість, водонепроникність, вогнетривкість;
• з бетонною сумішшю, збагаченою поліпропіленовими мікроволокнами, легше працювати.

У яких випадках можна використовувати армуючі добавки? У будь-якій бетонній суміші. Головне – дотримуватися пропорцій залежно від призначення бетонної суміші.

Тепер ви знаєте, якими методами та інструментами визначається міцність бетону, від чого вона залежить, та як її підвищити.

Склад і пропорції бетону для фундаменту

Бетон є незамінним будівельним матеріалом при зведенні або ремонті будинку. Завдяки своїм технічним характеристикам він має не тільки широкий функціонал, але і довговічність. Бетон використовується як для побудови дачі, так і для зведення найвищих хмарочосів у центрі світових столиць.

Матеріал знайшов своє застосування і в більш дрібних цілях – його використовують при виготовленні меблів, елементів декору або оздоблювальних матеріалів. Сьогодні ми розповімо про процес приготування бетону, пропорції і послідовність виконання робіт.

Технічні характеристики бетону

Цементно-піщаний склад сьогодні застосовується для будь-яких типів будівель. Головним показником якості будівельного матеріалу є його міцність, яка, втім, може змінюватися.

Наприклад, через місяць бетон набагато міцніше, ніж через 3-4 дні після моменту застигання. Якісна суміш не тільки не втрачає свою міцність – вона продовжує укріплятись з кожним місяцем все сильніше. Для того, щоб розрізнити склади бетону саме по цій характеристиці, виділяють кілька основних технічних особливостей розчину:

Марка бетону

Марка бетону на фундамент – це здатність будматеріалу витримувати навантаження. Позначається числовим коефіцієнтом (від 100 до 800). Число показує найбільший поріг навантаження, яке здатний буде витримати матеріал. Таким чином, якщо ви берете розчин з маркуванням М250, будматеріал зможе витримати навантаження в 250 кг на квадратний сантиметр.

Клас бетону

Клас бетону – це більш точне поняття, ніж марка. По суті, обидва ці терміни суміжні – вони показують, наскільки надійним є будматеріал. Правда, невеликі відмінності все ж є. Під класом бетону мається на увазі показник його надійності з коефіцієнтом 0,95. Це означає, що з умовних 100 ситуацій тільки в п’яти випадках можуть виникнути проблеми при навантаженні на матеріал. До слова, у марки бетону для вимощення або будинку такий показник становить не 95%, а 45%.

На упаковці продукції клас бетону позначається літерою «В». Далі йдуть числа, які показують, яке навантаження може витримати будматеріал після свого застигання.

Обидва ці показники доповнюють один одного – чим вище буде коефіцієнт марки, тим вище і клас бетонної суміші. Якщо переводити марку в клас, отримаємо:

• М100 – В7,5;
• М1500 – В10, В12,5;
• М200 – В15;
• М300 – В22,5;
• М350 – В25;
• М400 – В30;
• М450 – В35.

Осадка конуса

Показує пластичність матеріалу. Умовно кажучи, чим вище будуть показники осадки корпусу, тим більш рухливим вийде застиглий бетон. Цей параметр позначається буквою «П» з доповненням цифр (від 1 до 5).

Для монолітних будівель рекомендуємо вибрати бетон П2, П3. Якщо ви працюєте з фундаментом, на якому поганий доступ до заливання суміші, краще купити бетон з показником осадки конуса П4.

До інших технічних характеристик матеріалу відносять такі показники, як:

1. Водостійкість – позначається буквою W (water – вода) і цифрами від 2 до 12. Цей параметр показує, наскільки добре застиглий бетон може чинити опір волозі. Кращим вважається бетон з найбільшим показником вологостійкості.
2. Морозостійкість – показує, скільки разів може статися заморозка і розморожування застиглого бетону без шкоди для побудови. Позначається буквою F і числами від 50 до 1000.
3. Рухливість – демонструє, наскільки добре бетон може приймати форму після того, як його залили в форму.
4. Зручність при укладанні – показує, як легко бетон заливається в форму. За цим критерієм будматеріал ділиться на наджорсткий, жорсткий і рухливий.

Який бетон потрібен для фундаменту?

Для зведення фундаменту будинку може використовуватися далеко не кожна марка бетону. Щоб споруда простояла не один десяток років, рекомендуємо вам звернути увагу на суміші з маркуванням від М100 до М350.

Цілком логічно, що, чим важче буде споруда, тим вище повинна бути марка бетону для фундаменту. Так ви зможете отримати максимально міцну і довговічну основу для будинку. давайте розберемося, який бетон потрібен для фундаменту різного типу будівель:

• невеликі споруди (теплиці, курник або альтанка) – 100-150;
• сарай, гараж або лазня – 150-200;
• заміський будинок – від 200 і вище.

Якщо ви не знаєте напевно, наскільки міцною планується конструкція, краще купити бетон, марка якого буде вище передбачуваної. Також важливо врахувати той факт, що марка бетону, зробленого своїми руками, як правило, нижче, ніж у заводського будматеріалу.

Поряд з таким поняттям, як марка, необхідно також виділити і клас бетону. На упаковках він позначається великою літерою «В» і певним числом. Нижче ми пропонуємо вам ознайомитися з відповідністю марки і класу будівельного матеріалу.

Склад бетонної суміші для фундаменту

Визначившись з тим, який бетон використовується для зведення фундаменту, пропонуємо вам приступити безпосередньо до приготування розчину. Цей процес складається з декількох кроків. Перш за все для виготовлення бетону не обходимо запастися усіма необхідними матеріалами:

1. Чиста вода кімнатної температури.
2. Пісок. Переконайтеся, що він не має домішок глини. Якщов складі знаходиться велика кількість глини, піщинки набувають насиченого жовтого відтінку. В ідеалі для бетонної суміші використовувати пісок білого або сірого кольору.
3. Цемент. Важливо брати свіжоприготовлений цемент, в якому ще не встигли з’явитися затверділі грудочки. Бажано придбати цемент, який був виготовлений не пізніше трьох місяців до покупки. До слова, саме від цементу буде залежати подальше маркування готового бетону. При чому не тільки від його кількості, але і від класу самого будматеріалу.
4. Щебінь. Не повинен мати в своєму складі пилу та інших додаткових домішок. Використовуючи нечистий щебінь, ви отримаєте нетвердий бетон.
5. Гравій. Може використовуватися замість щебеню. Служить відмінним наповнювачем для розчину бетону. Також для цих цілей підходять: граніт, вапняк.

Слідкуйте за маркуванням наповнювачів для розчину бетону. Наприклад, рекомендуємо придбати цемент маркуванням 450. Що ж стосується щебеню, то краще знайти будматеріал, який має гранітне походження.

Пропорції бетону для фундаменту

Тепер, коли ми розібралися з технічними особливостями і складом будматеріалу, можна переходити до розрахунку пропорцій бетону для фундаменту. Формули, якими користуються будівельники, були виведені досить давно. Однак вони і досі вважаються універсальними і найбільш дієвими.

Для того, щоб приготувати розчин, можна використовувати дві різні пропорції. Вибір того чи іншого варіанту буде залежати від того, який тип споруди ви плануєте зводити. Отже, давайте розрахуємо кількість складових для бетонної суміші:

1. Для звичайного (неміцного) бетону вам знадобиться цемент, пісок і щебінь в пропорції 1:3:5. Води багато не потрібно – головне добитися максимальної пластичності суміші.
2. Для того, щоб приготувати «міцний» бетон для фундаменту, візьміть ті ж інгредієнти: цемент, пісок і щебінь, але вже в пропорції 1:2:4. Воду також додавайте поступово, до отримання в’язкої однорідної консистенції.

Звичайно, це загальні розрахунки, які підходять для тих, кому не важливо, яка марка бетону вийде в результаті. Якщо ж цей показник вам необхідно враховувати, рекомендуємо скористатися таблицею, в якій підібрані конкретні пропорції для тієї чи іншої марки будівельного матеріалу.

Врахуйте, що в таблиці наведена пропорція інгредієнтів для бетонної суміші не в частинах (як в наших формулах), а в кілограмах. Тобто не можна взяти цифри з другої колонки і кілограми замінити на, наприклад, відра (тобто взяти 1 відро цементу, 4,6 відер піску і 7 відер щебеню, порахувавши це як пропорцію для бетону М100) – питома вага кожного компонента різна. Відро з цементом буде важити близько 12-13 кг, з щебенем – 15-16 кг, а з піском – 14 кг. Що говорити – навіть вага, яку ми зараз навели як приклад, буде залежати від того, який пісок, цемент і щебінь ви використовуєте. Тому розрахунок бетону пропорції в відрах з наведеної таблиці дасть велику похибку.

Порядок приготування розчину

Для того, щоб приготувати бетон для фундаменту, вам знадобляться відра і лопати (обов’язково сухі). Також запасіться окремою ємністю, в якій ви будете замішувати будматеріал.

1. Насипте матеріали по відрах і утрамбуйте їх.
2. Змішайте пісок і щебінь, зверху створіть невеликі «борозни».
3. В ці самі борозни додайте необхідну кількість цементу.
4. Перемішуйте всі складові, поки не отримаєте масу одного відтінку.
5. Сформуйте конус і зробіть по центру поглиблення.
6. Налийте воду.
7. Пісок, цемент і щебінь з країв засипайте до центру в воду.
8. Якщо необхідно додати воду, заново сформуйте конус з поглибленням і повторіть всі дії.
9. Додавайте воду, допоки консистенція бетону не буде вас повністю влаштовувати.

Набір міцності бетону: терміни стадії

Один із ключових критеріїв ефективності несучих конструкцій це міцність бетону, яка повинна залишатися в межах М50-800. Особливо великим попитом користуються марки від М100 до М500.

Час набору міцності

Час, необхідний для досягнення оптимальних показників міцності бетону, залежить від різних умов і називається періодом витримування бетонного розчину. Тільки після повного затвердіння застосовують захисний шар. Графік набору міцності визначається за час, необхідний для повного затвердіння суміші.

Стандартний термін твердіння бетону складає 28 днів. Найвища інтенсивність твердіння спостерігається протягом перших п’яти днів. Після тижневого періоду міцність досягає 70% від остаточного значення, і будівництво не рекомендується продовжувати. Роботи можуть відновитися лише після 28 днів.

Бетон заливають в різних умовах. Саме вони позначаються на терміні набору показників міцності. Під час теплого сезону суміш спочатку витримують в опалубці. Потім бетон дозріває без неї.

Завдяки цьому бетон набирає необхідні фізичні показники. Якщо робота проводиться в холодну пору, досягти потрібної марочної міцності можна при додатковому обігріві матеріалу. Полімеризація сповільнюється, якщо температура навколишнього середовища знижена.

Часто вибирають піскобетон, співвідношення сполучної речовини і води в яких досить низька. Це дозволяє прискорити набір показників міцності і скоротити часовий інтервал витримки. Якщо співвідношення води з цементом ¼, терміни твердіння можна скоротити вдвічі. Цієї мети досягають додавання пластифікаторів.

Для створення надійної та міцної конструкції варто дотримуватися всі вимоги обраної технології. Процес проходить у дві стадії. Перша відображає процес схоплювання матеріалу. Набір міцності являє собою другу стадію.

Стадія схоплювання

Бетон починає схоплюватися вже в першу добу.

• Тепла погода. Влітку, коли на вулиці стоїть середня температура +20-25 градусів, на схоплювання йде всього година. Процес починається через 2 години. Загальний час схоплювання – 3 години.
• Прохолодна погода. У разі похолодання і завершення момент початку і закінчення цього процесу трохи зсувається. Схоплювання при таких умовах займає близько доби. Коли на вулиці нульова температура, бетон починає схоплюватися після 6-10 годин з моменту виготовлення суміші. Процес триває 20 годин.

Суміш ще володіє рухливістю на першій стадії. За цей час легко змінити форму конструкції, здійснивши на неї механічний вплив. Можливе продовження схоплювання за рахунок тиксотропії (здатності складу разріджуватися при механічних впливах). Цей механізм дозволяє знизити в’язкість розчину. Коли матеріал перемішується в бетономішалці, зберегти його на першій стадії можна значно довше.

Стадія твердіння

Коли стадія схоплювання завершена, бетон починає тверднути. Максимальний термін, на який може тривати цей процес, може становити кілька років. Однак дізнатися марку бетону вийде вже через місяць. Важливо врахувати інтенсивність набору міцності при різних зовнішніх умовах. У перші три доби міцність досягає 30% від марочного значення.

На другий тиждень склад набуває 70% від кінцевого показника. Після трьох місяців міцність досягає 90%. Згодом затвердіння істотно сповільнюється.

Через три роки, показник удвічі перевищує значення, визначене через 28 діб після заливки. Завдяки спеціальній таблиці легко дізнатися, скільки міцності в процентному співвідношенні набере бетон при певній температурі за вибраний проміжок часу.

Контроль за набором міцності

У перший тиждень бетон обігрівають, зволожують, проводять тепло – і гідроізоляцію. Особливо важливо правильно зволожувати розчин. При температурі повітря від 25 до 30 градусів бетон навантажують вже через тиждень після заливки.

Щоб дізнатися, як ефективно бетон буде справлятися з навантаженнями, використовують спеціальні прилади. Завдяки їм можна визначити міцність. Пристроєм для її визначення розраховують граничні навантаження, допустимі для бетонного виробу або цегли. Щоб визначити показник, користуються двома методами: Руйнівний спосіб. Частину готового матеріалу у формі кубика розчавлюють під пресом.
Неруйнівний метод. При його використанні параметри бетону вимірюють без руйнівних впливів.

Більшою популярністю відрізняється другий спосіб. Для цієї мети використовують пристрої пружного відскоку, прилади з ультразвуковою технологією або ударного відскоку. За допомогою портативних вимірників можна точно визначити потрібний параметр, не витрачаючи багато часу. Існують різні механізми, які відрізняються принципом роботи.

• Електронні. Точні, можуть фіксувати 5 тис. вимірювань одноразово. Електронні вимірювачі відрізняються принципом впливу на вимірюваний матеріал.

Класифікація бетонів

• важкі склади, виконані з цементів М50-800;
• легкі бетони, які мають пористі заповнювачі (М50-450);
• комірчасті склади, в які входять легкі і особливо легкі бетони (від М50 до М150).

Набір міцності матеріалу на розтяг зростає при підвищенні марки цементу по міцності на стиск. Враховуючи область використання бетону визначають як марку, так і клас його міцності. Найбільш нестійкими до навантажень вважаються бетони М50, М75 і М100. Вони не використовуються для відповідальних конструкцій. При влаштуванні будинків, для яких вимагається підвищена міцність основи, використовують бетон М300. При створенні бетонної стяжки можна застосовувати суміш М200. Цементні вироби, що починаються від М500, відносяться до категорії найбільш міцних.

Різниця в міцності марок пояснюється їх складовими компонентами. Важливо точно дотримуватися пропорції. Найкращих показників можна досягти, використовуючи велику частку сполучної речовини. Для перекладу марки в клас застосовують таку формулу: B=(M*0.787)/10

Вологість

Низька вологість негативно позначається на процесі затвердіння бетону і набору ним міцності. Коли в повітрі мало вологи, не відбувається гідратація цементу. В результаті процес затвердіння бетону не відбувається. Високі показники температури і вологості добре позначаються на наборі міцності. При 70-90 градусах міцність наростає стрімко. У цьому режимі склади пропарюють в автоклавах при високому тиску.

Проте надмірне нагрівання бетону призведе до його висихання і втрати міцності. Виключити цю ситуацію можна зволоженням. У спекотну погоду бетон набирає міцність швидше, тому роботи краще проводити влітку.

Температура, оптимальна для швидкого твердіння бетону, що дорівнює 30 градусам. В таких умовах склад набере 97% нормативної міцності за 11 днів. При п’яти градусах камінь не досягне безпечного показника навіть за 2 тижні. Це вимагає розігрівання та утеплення.

В дійсності показники міцності бетонних виробів змінюються під впливом різних факторів. Слід забезпечити оптимальні умови, щоб міцність досягла оптимальної за певний термін.