Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Кубанский государственный технологический университет

Факультет строительства и управления недвижимостью

Кафедра производства строительных изделий и конструкций

Методические указания

к практическому занятию № 6

по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»

на тему: «Определение класса бетона по прочности на сжатие по результатам испытаний контрольных образцов».

Составил: старший преподаватель каф. ПСИиК Егоров В.Л.

Краснодар, 2007 г.

Для проверки полученных ранее знаний следует уверенно отвечать на следующие вопросы.

1. Какой материал называют бетоном? По каким признакам классифицируются бетоны?

2. Что такое прочность строительных материалов? Какими показателями характеризуется прочность?

3. Какие контрольные образцы используются для определения прочностных показателей бетона?

4. Что понимают под маркой бетона по прочности на сжатие?

5. Что такое класс бетона по прочности на сжатие?

Если ответы на данные вопросы вызывают затруднения, необходимо ознакомиться с ниже предложенным теоретическим материалом. В противном случае следует переходить сразу к практической части задания.

1 ПОНЯТИЕ О МАРКАХ И КЛАССАХ БЕТОНОВ

Бетон – это искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной смеси вяжущего вещества, заполнителей, добавок и др. веществ.

Бетоны классифицируются по плотности, по структуре, по назначению, по виду вяжущего, по виду применяемых заполнителей и ряду других показателей. Главным является подразделение бетонов по прочностным характеристикам на марки и классы. При этом основной характеристикой является класс (марка) бетона по прочности на сжатие.

Для определения предела прочности бетона конструкции на сжатие обычно испытывают партию контрольных образцов, изготовленных из такой же бетонной смеси, что и конструкция. Контрольные образцы должны уплотняться по такому же режиму, что и бетон конструкции. Хранятся образцы в течение 28 суток в стандартных условиях: при температуре 20±2 ⁰С и относительной влажности воздуха φ=95 %.

По истечении 28 суток образцы испытываются на гидравлических или механических прессах. Пресс для испытаний подбирают таким образом, чтобы ожидаемая разрушающая нагрузка составляла 20-80 % от максимального усилия, развиваемого прессом.

Требования к контрольным образцам для определения прочностных характеристик бетонов изложены в национальном стандарте РФ ГОСТ 10180.

В соответствие с ГОСТ 10180 для определения прочности бетона следует использовать:

- образцы-кубы с длиной ребра 100 мм, 150 мм, 200 мм и 300 мм;

- образцы-цилиндры диаметром 100 мм, 150 мм, 200 мм и 300 мм и высотой, равной двум диаметрам;

- образцы-призмы квадратного сечения 100×100×400 мм, 150×150×600 мм и 200×200×800 мм.

Допускается применение кубов с ребром длиной 70 мм, призм размером 70×70×280 мм и цилиндров диаметром 70 мм.

В соответствие с требованиями ГОСТ 10180 размер контрольного образца зависит от максимальной крупности применяемого заполнителя следующим образом (таблица 1).

Таблица 1 – Зависимость размеров контрольных образцов от максимальной крупности заполнителя

Наибольший номинальный размер зерна заполнителя	Наименьший размер образца (ребра куба, стороны поперечного сечения призмы или восьмерки, диаметра и высоты цилиндра)	Наибольший номинальный размер зерна заполнителя	Наименьший размер образца (ребра куба, стороны поперечного сечения призмы или восьмерки, диаметра и высоты цилиндра)
20 и менее	100	70	200
40	150	100	300

Примечания: 1. Для испытания конструкционно-теплоизоляционного и теплоизоляционного бетонов класса В5 (М75) и менее на пористых заполнителях (неза­висимо от наибольшей крупности заполнителя) следует применять образцы с наименьшим размером 150 мм.

2. При изготовлении образцов из бетонной смеси должны быть удалены отдель­ные зерна крупного заполнителя, размер которых превышает более чем в 1,5 раза наибольший номинальный размер заполнителя, указанный в табл. 3, а также все зерна заполнителя размером более 100 мм.

3. При изготовлении образцов с минимальным размером 70 мм максимальная крупность заполнителя не должна превышать 20 мм.

Предел прочности бетона при сжатии определяется, как правило, на образцах-кубах.

Маркой бетона по прочности при сжатии называется среднее арифметическое значение результатов испытаний образцов-кубов данного бетона размером 150×150×150 мм, изготовленных из рабочей бетонной смеси и твердевших при температуре 20±2 ⁰С на воздухе при его относительной влажности φ=95 % или в иных условиях, обеспечивающих сохранение влаги в бетоне.

Среднее арифметическое значение предела прочности вычисляют по формуле (1) [3]:

(1)

где R_i — единичное значение прочности бетона, МПа;

п — общее число единичных значений прочности бетона в партии.

За единичное значение прочности бетона при контроле по образцам принимают среднюю прочность бетона в одной серии образцов, определенную по ГОСТ 10180.

В соответствие с ГОСТ 26633 для тяжёлых и мелкозернистых бетонов установлены следующие марки по прочности на сжатие: М50; М75; М100; М150; М200; М250; М300; М350; М400; М450; М500; М550; М600; М700; М800; М900; М1000. Индекс «М» обозначает марку, а цифра – среднее арифметическое значение предела прочности при сжатии (кгс/см²).

Например, марка бетона М350 означает, что его средняя прочность составляет не менее 35 МПа (350 кгс/см²), но не более 40 МПа.

Средства измерения, оборудование, применяемое при изготовлении и испытании образцов, приведены в таблице 2 (приложение 7 ГОСТ 10180).

Таблица 2 – Оборудование и средства измерения, применяемые для контроля прочности бетона путём испытания контрольных образцов (ГОСТ 10180).

Наименование, тип,	Технические	Необходимость периодической
марка оборудования или средства	характеристики	проверки средств измерений
измерения, их определяющий документ		или аттестации испытательного оборудования
1. Оборудование для изготовления образцов
1.1. Формы с крышками и насадками по ГОСТ 22685	По ГОСТ 22685	Аттестация
1.2. Лабораторная виброплощадка типа 435А или СМЖ 539 по ТУ 22-4419, СМЖ 739 по ТУ 22-109-24	Частота вертикальных колебаний с формой, заполненной бетонной смесью (2900±100) мин-1; амплитуда вер­тикальных колебаний (0,5±0,05) мм. Амплитуда горизонта­льных колебаний не более 0,1 мм; отклонение амплитуд колебаний краев площадки от ее середины не более 20 %	Аттестация
1.3. Лабораторная пропарочная камера типа ЭК-1	Погрешность поддер­жания заданной тем­пературы не более 2С в диапазоне от 20°С до 100°С	Аттестация
1.4. Камера нормального твер­де­ния	Температура (20±3) °С, влажность воздуха (95±5) %, наличие стеллажей для уста­новки образцов, обес­печивающих зазор не менее 5 мм между об­разцами и стенками камеры или проклад­ками	Аттестация
2. Средства измерения
2.1. Весы по ГОСТ 24104	Погрешность определения массы не более 0,1 %	Поверка
2.2. Линейки стальные по ГОСТ 427	Цена деления не более 1 мм	
2.3. Штангенциркули ШД-П 2-го класса по ГОСТ 166	По ГОСТ 166	Поверка
2.4. Щупы (набор № 2) 2-го класса по ТУ 2-034-225	По ТУ 2-034-225	
2.5. Проверочные плиты по ГОСТ 109 05	По ГОСТ 109 05	Поверка
2.6. Поверочные угольники 90 по ГОСТ 3749	По ГОСТ 3749	Поверка
2.7. Прибор для определения от­кло­нений от плоскостности опорных поверхностей образ­цов	Погрешность измере­ния не более 0,01 мм на 100 мм; наличие трех фиксированных опор и двух измерителей пе­ремещений по схеме приложения 5	Поверка (только измерителей перемещений)
2.8. Прибор для определения отклонений от перпендикулярности смежных граней образцов	Погрешность измере­ния не более 0,01 мм на 100 мм; наличие двух фиксированных опор в одной плоскости и одной опоры и измерителя перемещений в перпендикулярной плоскости по схеме приложения 5	Поверка (только измерителей перемещений)
3. Испытательные машины для статических испытаний
3.1. Прессы для испытаний на сжатие по ГОСТ 8905	По ГОСТ 8905	Поверка
3.2. Разрывные и универсальные испытательные машины по ГОСТ 7855	По ГОСТ 7855	„
4. Устройства и приспособления для испытаний на сжатие
4.1. Устройства для центри­ро­ва­ния образцов относительно геометрической оси испыта­тель­ной машины	Обеспечение эксцентриситета приложения осевой нагрузки не более 1 % размера поперечного сечения образца по приложению 6	Аттестация
4.2. Дополнительные стальные плиты	Твердость стали HRCЭ 55...60; неплоскостность опор­ных поверхностей не более 0,05 мм на 100 мм; толщина не менее 0,25а (0,25d) при передаче нагрузки через шаро­вой шарнир; размеры в плане долж­ны соот­ветст­вовать размерам попе­реч­ного сечения куба или цилиндра с погрешностью не более 1 %	Аттестация

Продолжение таблицы 2.

Наименование, тип,	Технические	Необходимость периодической
марка оборудования или средства	характеристики	проверки средств измерений
измерения, их определяющий документ		или аттестации испытательного оборудования
5. Устройства и приспо­соб­ле­ния для испытаний на растяжение при изгибе	Обеспечение схемы испытания согласно черт. 3 и черт. 10
5.1. Устройство в целом	Обеспечение заданных размеров схемы испы­тания с погрешностью, не более: 0,3 % для рас­четного пролета; 1 %  для остальных разме­ров	Аттестация
5.2. Шарнирно подвижные опоры	Поворот (перемеще­ние) в плоскости изги­ба образца (без нагруз­ки) усилием не более 1Н
5.3. Шарнирно неподвижные опоры	Обеспечение возмож­ности пово­ро­та образца (без его переме­ще­ния) в плоскостях изгиба и перпендикулярной
5.4. Стальные опорные пластины между образцом и шарнирами	Толщина не менее 0,15а, ширина (0,3-0,4)а, длина не менее а
6. Устройства и приспо­собления для испытаний на растяжение при раска­лывании	Обеспечение схем испытаний согласно черт. 4 и 11; исключение возможности погрешно­стей в расположении плоскостей действия нагрузки (при испытании кубов) по черт. 5	Аттестация
6.1. Устройство в целом	Эксцентриситет плос­костей действия равно­мерно распределенных сил при испытании кубов (черт. 5, а) не более 0,01 а; взаимная непараллельность плоскостей действия равномерно распределенных сил при испытании кубов (черт. 5, б) не более 1 мм на 100 мм	Аттестация
6.2. Колющие стальные прокладки	Твердость стали HRCЭ 55...60; диа­метр цилиндрического стержня (75±5) мм; сторона призматичес­кого стержня (10±1) мм; отклонение от прямо­линейности образую­щей цилиндрического стержня или опорных поверхностей призма­тического стержня не более 0,05 мм на 100 мм; длина стержня не менее длины (высоты) образ­ца
6.3. Прокладки из картона по ГОСТ 6659, ГОСТ 7950, ГОСТ 9542 или трехслойной фанеры по ОСТ 34-13-892	Толщина (3±1) мм, ширина (15±5) мм, длина не менее размера поперечного сечения куба, призмы или высоты цилиндра
6.4. Опорные плиты при испытании образцов-цилиндров	Твердость стали HRCЭ 55...60, от­клонение от плоскост­ности вдоль линии при­ложения усилия не бо­лее 0,05 мм на 100 мм; толщина не менее 0,25d
7. Устройства для испытания на осевое растяжение призм или цилиндров	Обеспечение соосности и эксцентриситета при­ложения осевого рас­тягивающего усилия относительно продоль­ной оси образца не бо­лее 1 % размера его по­перечного сечения; по черт. 14-18	Аттестация

Отличительной особенностью бетона является значительная неоднородность его свойств. Это объясняется изменчивостью свойств сырья, изменениями в режимах приготовления бетонной смеси, её транспортирования, укладки, уплотнения и условий твердения. Чем выше культура производства, тем меньше будут колебания прочности бетона (т.е. полученные при испытаниях единичные значения прочности контрольных образцов R_i будут стремиться к среднему значению прочности бетона в партии образцов R_m). При возведении бетонных и железобетонных конструкций важно получить бетон не только с заданной средней прочностью, но и с минимальными отклонениями (особенно в меньшую сторону) от этой прочности. Показателем, который учитывает возможные отклонения качества бетона, является класс бетона.

Класс бетона по прочности на сжатие – это предел прочности контрольных образцов-кубов данного бетона (размером 150×150×150 мм, изготовленных из рабочей бетонной смеси и твердевших при температуре 20±2 ⁰С на воздухе при его относительной влажности φ=95 % или в иных условиях, обеспечивающих сохранение влаги в бетоне), принимаемый с гарантированной обеспеченностью 0,95.

Гарантированная обеспеченность 0,95 означает, что предел прочности при сжатии, указанный в классе бетона, достигается не менее чем в 95 случаях из 100.

ГОСТ 26633 устанавливает следующие классы тяжёлых и мелкозернистых бетонов по прочности на сжатие: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В65; В70; В75; В80.

Индекс «В» обозначает класс бетона по прочности на сжатие, цифра – предел прочности контрольных образцов кубов (МПа) с гарантированной обеспеченностью 0,95.

Например, класс бетона по прочности на сжатие В30 означает, что при испытании контрольных образцов в 95 случаев из 100 их предел прочности при сжатии составил не менее 30 МПа.

Соотношение между классами и марками бетона неоднозначно и существенно зависит от однородности прочностных показателей образцов, оцениваемой с помощью коэффициента вариации V (%).

Класс бетона одной и той же марки заметно увеличивается при снижении коэффициента вариации. Так, при марке бетона М300 и коэффициенте вариации прочности V=18 % класс бетона составит В15, а при V=5 % - В20. Уменьшение коэффициента вариации в процессе строительства указывает на более тщательное выполнение всех технологических операций.

Поскольку изготавливать и испытывать сотню контрольных образцов на каждую партию бетона затратно как по времени, так и по материалам (расход бетона при использовании кубов с ребром 150 мм составит 0,4 м³), обычно количество контрольных образцов ограничивается 3-12 штуками. Класс бетона при этом определяют по результатам статистичекой обработки, которая подробно рассмотрена в части 3 данных методических указаний.

2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Определение количества контрольных образцов.

Образцы изготавливают и испытывают сериями. Число образцов в серии (кроме ячеистого бетона) принимают по таблице 3 (ГОСТ 10180) в зависимости от среднего внутрисерийного коэффициента вариации проч­ности бетона V (%).

Таблица 2 – Требуемое число контрольных образцов (ГОСТ 10180)

Внутрисерийный коэффициент вариации	5 и менее	Более 5 до 8 включ.	Более 8
Требуемое число образцов бетона в серии шт., не менее	2	3* или 4	6

Отклонения от плоскостности опорных поверхностей кубов и ци­линдров, прилегающих к плитам пресса, не должны превышать 0,1 мм. Отклонения от перпендикулярности смежных граней кубов и призм, а также опорных поверхностей и образующих цилиндров, предназначенных для испытания на сжатие, не должны превышать 1 мм.

2. Отбор пробы бетонной смеси.

Пробы бетонной смеси для изготовления контрольных образцов при производственном контроле прочности бетона следует отбирать в соот­ветствии с требованиями ГОСТ 10181.0. Объем пробы бетонной смеси должен превышать требуемый для изготовления всех серий контрольных образцов не менее, чем в 1,2 раза.

Отобранная проба бетонной смеси должна быть дополнительно вручную перемешана перед формованием образцов. Бетонные смеси, содержащие воздухововлекающие и газообразующие добавки, а также предварительно разогретые смеси перед формованием образцов дополнительно перемешивать не следует.

3. Формование контрольных образцов.

При изготовлении одной или нескольких серий образцов, предназ­наченных для определения различных характеристик бетона, все образцы следует изготавливать из одной пробы бетонной смеси и уплотнять их в одинаковых условиях. Отклонения между собой значений средней плотнос­ти бетона отдельных серий и средней плотности отдельных образцов в каж­дой серии к моменту их испытания не должны превышать 50 кг/м³. При несоблюдении этого требования результаты испытаний не учитыва­ют.

При производственном контроле формование контрольных образ­цов, а также контрольных блоков из ячеистых бетонов следует производить по той же технологии, и с теми же параметрами уплотнения, что и конструк­ции.

Образцы из тяжелого и легкого бетонов при лабораторных иссле­дованиях, а также при производственном контроле в случаях, когда выше приведённые условия (пункт 2.2.7 ГОСТ 10180) не могут быть выполнены, формуют следующим образом.

Формы заполняют бетонной смесью слоями высотой не более 100 мм. Каждый слой укладывают штыкованием стальным стержнем диаметром 16 мм с закругленным концом. Число нажимов стержня рассчитывают из условия, чтобы один нажим приходился на 10 см² верхней открытой по­верхности образца, штыкование выполняют равномерно по спирали от кра­ев формы к ее середине.

При подвижности бетонной смеси менее 10 см или жесткости менее 11 с форму с уложенной бетонной смесью жестко закрепляют на лабораторной виброплощадке и дополнительно уплотняют, вибрируя до полного уплот­нения, характеризуемого прекращением оседания бетонной смеси, вырав­ниванием ее поверхности, появлением на ней тонкого слоя цементного тес­та и прекращением выделения пузырьков воздуха.

При изготовлении образцов из бетонной смеси жесткостью 11 с и более на форме закрепляют насадку. Форму с насадкой жестко закрепляют на ла­бораторной виброплощадке и устанавливают на поверхность смеси пригруз, обеспечивающий давление 4±0,5 кПа, и вибрируют до прекращения оседа­ния пригруза плюс дополнительно 5 – 10 с.

После окончания укладки и уплотнения бетонной смеси в форме верх­нюю поверхность образца заглаживают мастерком или пластиной.