10.2. Определение прочности бетона на сжатие путем испытания образцов

Основные предпосылки

Важнейшей характеристикой прочности бетона является сопротивление сжатию (прочность на сжатие) R_c, определяемое при испытании образцов статической нагрузкой по методике, установленной ГОСТ 10180-90.

Для получения достоверного и сравниваемого значения R_c методика ГОСТ предусматривает учет основных факторов, влияющих на результаты испытаний. К ним относятся состав бетона, форма и размеры образцов, качество укладки и уплотнения бетонной смеси, структура бетона, условия его твердения, условия и порядок испытания образцов статической нагрузкой.

При изготовлении образцов состав бетона в них должен строго соответствовать установленному (начальному, дополнительному, номинальному, рабочему) составу. Для этого отбор пробы бетонной смеси выполняется с соблюдением правил, приведенных в п. 9.1. Кроме того, при формовании образцов бетонная смесь должна укладываться в формы без избытка, т.е. только в пределах количества, необходимого для заполнения объема формы.

Форма и размеры стандартных образцов для определения прочности на сжатие приводятся в табл. 10.2.

Таблица 10.2

Стандартные образцы бетона для определения

прочности на сжатие

Форма образца	Геометрические размеры образца, мм
Куб Цилиндр	Длина ребра а=70, 100, 150, 200, 300 Диаметр d=70, 100, 150, 200, 300 Высота h=d или h=2d

Фактические размеры образцов не должны отличаться от стандартных значений более чем на 1%. Выбор размеров зависит от наибольшей крупности заполнителя (табл. 10.3).

Таблица 10.3

Требования к размерам образцов бетона

Наибольшая крупность заполнителя, мм	Наименьший размер образца (а или d), мм
10 и менее 20 40 70 100	70 100 150 200 300

За базовый образец принят куб с а=150 мм. Результаты испытаний образцов других размеров приводятся к прочности базового образца с учетом масштабного фактора.

Формование образцов производится в течение 20 мин после отбора пробы бетонной смеси. Перед этим внутренние поверхности форм покрываются тонким слоем смазки, чтобы облегчить их разборку при извлечении затвердевших образцов.

Укладка и уплотнение бетонной смеси в форме производятся с соблюдением требований табл. 10.4.

Таблица 10.4

Требования к укладке и уплотнению смеси

при формовании образцов бетона

Показатели удобоукладываемости бетонной смеси	Способ укладки и уплотнения бетонной смеси	Критерии степени нормального уплотнения
с, см с см	Вибрирование на лабораторной виброплощадке без пригруза Вибрирование с пригрузом и использованием насадки на форму. Заполнение бетонной смесью до середины высоты насадки. Пригруз с обеспечением Па Без вибрирования в один слой при см и в два слоя присм путем штыкования стержнемd=16 мм из расчета одного нажима стержня на 10 см2 поверхности образца	Прекращение оседания бетонной смеси, выравнивание ее поверхности и появление на ней тонкого слоя цементного теста Прекращение оседания пригруза. Время вибрирования 30-60 с Не требуется

Перед вибрированием форма с бетонной смесью жестко закрепляется на виброплощадке.

Для учета фактора неоднородности структуры бетона образцы изготавливаются и испытываются сериями, включающими не менее двух образцов. Каждый образец маркируется на той грани, которая будет видна в процессе испытания на прессе.

Сразу после изготовления образцы, подлежащие твердению в нормальных условиях, хранятся в помещении с t=202⁰С в формах, покрытых влажной тканью или другим материалом, исключающим испарение воды.

Срок хранения для образцов бетонов класса В7,5 и выше – 1 сут, бетонов класса В5 и ниже, а также бетонов с добавками-замедлителями твердения – 2-3 сут. Затем они извлекаются из форм (распалубливаются) и хранятся в помещении с нормальными условиями (t=202⁰С, . Образцы всех видов бетона, подвергнутых тепловой обработке, распалубливаются после ее окончания.

Образцы, твердевшие в условиях, отличающихся от нормальных, должны перед испытаниями в течение 2-4 ч находиться в помещении лаборатории⁷.

Основная аппаратура

Формы для изготовления контрольных образцов, лабораторная виброплощадка типа 435 А, пресс весы технические, штангенциркуль, металлические линейки.

Проведение испытания

Испытание начинают с осмотра и обмера образцов (рис. 10.1). При осмотре выбирают и отмечают опорные грани 1, к которым будет приложена нагрузка. Для образцов-кубов это пара противоположных, лучших по состоянию поверхности боковых граней, так как направление разрушающей силы при испытании должно быть перпендикулярно направлению укладки бетонной смеси. Измерение линейных размеров производят с погрешностью 1%. Каждый линейный размер a, b, h вычисляют как среднее арифметическое двух измерений по серединам противоположных граней.

Рис. 10.1. Последовательность испытания образцов-кубов на сжатие:

а – осмотр и обмер образцов; б – взвешивание и определение средней плотности; в- испытание на сжатие; 1 – опорные грани; 2 – грань образца, через которую укладывалась бетонная смесь в форму; 3 – образец; 4 – верхняя опорная плита пресса; 5 – то же нижняя

Перед испытанием на сжатие образцы взвешивают и вычисляют значение средней плотности бетона в образце.

На тщательно очищенную от частиц бетона после предыдущего испытания нижнюю опорную плиту 5 пресса (испытательной машины) поочередно устанавливают образцы, строго центруя по нанесенным на нее рискам. Мощность пресса выбирают так, чтобы диапазон ожидаемых значений разрушающих нагрузок находился в интервале 20-80% шкалы силоизмерителя. Нагружение образцов осуществляют непрерывно с постоянной скоростью 6020 кПа/с. Максимальное усилие F_max, Н, достигнутое в процессе испытания, принимают за величину разрушающей нагрузки. Среднюю площадь рабочего сечения образца А, м², определяют как среднее арифметическое значение площадей его противоположных граней, соприкасающихся с плитами пресса.

Сопротивление бетона сжатию (прочность на сжатие) для каждого образца вычисляют по формуле

Па, (10.4)

где - масштабный коэффициент перехода к прочности на сжатие образцов базового размера, значение которого определяется экспериментально⁸ или по табл. 10.5;

- коэффициент, учитывающий влажность бетона (табл. 10.6);

- коэффициент, учитывающий отношение высоты цилиндра к его диаметру (для образцов-кубов равен единице, для образцов-цилиндров определяется по табл. 10.7).

Таблица 10.5

Значения масштабного коэффициента

Размеры а (для кубов) или dh (для цилиндров), см	7	10	15	20	30	714	1020	1530	2040	3060
Коэффициент	0,85	0,95	1	1,05	1,1	1,16	1,16	1,20	1,24	1,28

Примечания. 1. Для ячеистого бетона с кг/м³ независимо от размеров и формы образца.

2. Для выпиленных образцов-кубов и вырубленных цилиндров из ячеистого бетона с кг/м³ при мм, примм.

3. Применение экспериментальных масштабных коэффициентов, отличающихся от единицы в соответствующую сторону более, чем это указано в табл. 10.5 не допускается.

Таблица 10.6

Значения поправочного коэффициента на влажность бетона

Влажность по массе ячеистого бетона в момент испытания, %	0	5	10	15	20	25 и более
Коэффициент kw	0,8	0,9	1,0	1,05	1,1	1,15

Примечания. 1. Промежуточное значение k_w определяют путем линейной интерполяции.

2. Для бетонов других видов, кроме ячеистого, k_w=1.

Таблица 10.7

Значения поправочного коэффициента на геометрические

параметры образцов-цилиндров

Отношение h/d	1	1,2	1,4	1,6	1,8	2
Коэффициент	0,92	0,935	0,95	0,965	0,98	1

Среднюю прочность бетона в серии определяют как среднее арифметическое значение прочности двух образцов (в серии из двух образцов), двух наибольших по прочности образцов (в серии из трех образцов), четырех наибольших по прочности образцов (в серии из шести образцов). Полученное в результате испытаний значение средней прочности серии образцов заносят в Журнал контроля прочности бетона.

Для оценки прочности бетона производят выборку результатов ее контроля для данной партии за анализируемый период по Журналу контроля прочности и вычисляют среднюю прочность бетона в партии и коэффициент ее вариацииk_v в этом периоде. Затем определяют условный класс бетона по прочности на сжатие

МПа. (10.5)

Используя полученное значение условного класса, по табл. 10.1 устанавливают соответствующий ему класс бетона, унифицированное значение которого должно быть ближайшим меньшим в сравнении с условным классом.

При необходимости по формулам (10.1) – (10.3) определяют другие характеристики прочности бетона.

В заключение делают вывод о соответствии прочности бетона требованиям к нему.