Испытание бетона для строительства на века

Современный бетон на цементной основе появился менее 200 лет назад. Но сочетание глины, извести, вулканического пепла, песка, щебня и воды человечество освоило более 4000 лет назад. Бетонные фундаменты найдены на месте древней Месопотамии, бетонный купол римского Пантеона и сегодня поражает воображение. Есть мнение, что даже египетские пирамиды построены из бетонных блоков. Это говорит о невероятной долговечности бетона, а простота его изготовления и составляющих делают его еще и самым популярным строительным материалом. Казалось бы, приготовить такую смесь может и непрофессионал. В интернете даже появились онлайн калькуляторы расчета ее состава. Но формула проста только на первый взгляд, ведь любое отступление от качества компонентов и их соотношения может стать причиной весьма быстрого разрушения уже построенной конструкции. Поэтому при массовом строительстве требуется производить обязательное испытание бетона профессиональной лабораторией.

1. Когда и зачем требуется испытание бетона, какие параметры оцениваются
2. Виды бетона: классификация, маркировка, использование
3. ГОСТы для бетона и его испытаний
4. Методы испытания бетона
   • Испытание бетона на прочность (сжатие, изгиб, растяжение, отрыв)
   • Испытание бетона на водонепроницаемость
   • Испытание бетона на морозостойкость
5. Испытание готовой бетонной смеси

Когда и зачем требуется испытание бетона, какие параметры оцениваются

Испытание бетона позволяет выявить малейшие отклонения его технических характеристик от нормативных показателей, а, следовательно, является гарантией прочности бетонных конструкций зданий и сооружений, которые, в большинстве случаев, являются несущими, а значит обеспечивают надежность эксплуатации всего строительного объекта.

Испытания проводят для следующих целей:

• контроля качества по ходу строительства;
• оценки состояния построенных конструкций в процессе технического обследования здания или сооружения, в т. ч. при реконструкции;
• проверки готовой смеси;
• определения физических свойств в ходе научного исследования.

Бетон исследуют как в полевых условиях (непосредственно на строительном объекте), так и в лабораторных условиях, для чего отбирают образцы или пробы незатвердевшей заводской бетонной смеси или бетонных кубов и кернов. На строительной площадке также применяют неразрушающие методы исследования, в большинстве случаев, с применением ультразвука, которые позволяют определить характеристики бетона и возможные дефекты без забора образцов.

В ходе исследования оцениваются такие характеристики бетона, как:

• плотность и прочность;
• влажность, водонепроницаемость и водопоглощение, водоудерживающая способность;
• морозостойкость бетонной смеси;
• расслаиваемость;
• удобоукладываемость;
• сохранение свойств во времени.

Виды бетона: классификация, маркировка, использование

Поскольку бетон является самым популярным строительным материалом, то и используют его в совершенно разных зданиях и сооружениях, а значит в разных эксплуатационных условиях. Поэтому состав смеси должен соответствовать тем задачам, которые будет решать в дальнейшем построенная из него конструкция.

Согласно ГОСТу 25192-2012 бетоны принято классифицировать по следующим признакам:

1. Назначение или применение строительной конструкции.

Бетоны бывают обычные (конструкционные) общестроительного назначения, а также специальные (модифицированные), в состав которых добавляют заполнители, позволяющие использовать бетон при декоративных работах, в дорожном покрытии, а также в зданиях, где требуется дополнительная гидро, — тепло- или радиационная защита.

• Тип вяжущего компонента.

Помимо цемента, вяжущим веществом в бетоне могут выступать различные силикаты, гипсы, полимеры, асфальты, известняки и шлаки.

• Вид компонента-заполнителя.

Компоненты-заполнители могут составлять до 80% состава бетонной смеси. Их количество регулируют в зависимости от планируемых свойств бетонной в ходе затвердевания и бетонной конструкции после затвердевания. Заполнители бывают натуральные (природные) и искусственные, и разными по размеру: от речных песчинок до щебня с диаметром в 8 мм. Их также разделяют на плотные (например, песок, щебень), пористые (например, керамзит, пемза) и специальные (например, полимеры, руда).

• Средняя плотность.

Этот показатель означает плотность затвердевшей бетонной смеси в кг/м³. Плотность особо легких бетонов составляет менее 800 кг/м³. Их используют в декоративных и теплоизоляционных целях. Для легких бетонов, для создания стяжек и декоративных элементов, показатель колеблется от 800 до 2000 кг/м³. Бетоны с плотностью от 2000 до 2500 кг/м³ называют тяжелыми. Их заливают в панели, опоры, перекрытия многоэтажных домов. Если плотность выше 2500 кг/м³, бетон считается особо тяжелым и применяется в зданиях и сооружения с высокой динамической нагрузкой, например, взлетно-посадочных полосах.

• Структура.

Если поры воздуха между зернами занимают менее 7% объема, то бетонную смесь считают плотной. При поризованной структуре в бетон не добавляют мелкие заполнители типа песка. Если структура ячеистая, это значит, что под воздействием газо-, пенообразователей, в структуре появились одинаковые по объему воздушные ячейки.

• Условия отвердевания.

Бетон может твердеть в естественных условиях, при тепловой обработке без повышения давления или в автоклаве – специальной печи для изготовления штучных плит, блоков, панелей, элементов.

• Коррозийная стойкость.

В зависимости от дальнейшей эксплуатации здания или сооружения, бетону также можно придать антикоррозийные свойства: от применения в обычной среде до использования вместе с железной арматурой, в морской воде, под влиянием экстремальных перепадов температур и всевозможных химических реагентов.

Если бетонная смесь была произведена в точном соответствии с ГОСТом, то бетон называют товарным. Существуют также «жирная» смесь, когда вяжущих веществ больше чем наполнителя и «тощая смесь», если вяжущих компонентов очень мало.

В зависимости от характеристик бетонная смесь особым образом маркируется.

Например, БСЛ В12,5 П2 F200 W2 D900 ГОСТ 7473-2010. Первые буквы означают плотность и структуру бетона, в данном случае речь идет о Бетонной Смеси Легкого бетона с классом прочности (В) 12,5, с маркой удобоукладываемости по осадке (П) 2, с морозостойкостью (F) 200, водонепроницаемостью (W) 2 и средней плотностью (D) 900.

Аббревиатура БСМ означает мелкозернистый бетон, БСТ – тяжелый, а БСГ – готовый к применению. Марка бетона по прочности обозначается буквой М и соответствует классу бетона по прочности, обозначаемому буквой В. Морозостойкость бетона F означает, что он может выдержать N количество циклов замораживания и оттаивания, точная цифра указывается в маркировке.

Но здесь мы хотим сделать ремарку: марок бетона М в стандарте не существует с 1991 года, но есть еще «старожилы», которые применяют этот термин, поэтому нужно учитывать, что современную марку бетона М обеспечивает класс В с доверительной вероятностью 95%.

ГОСТы для бетона и его испытаний

Технологии изготовления различных бетонов и методики их последующих испытаний регулируются десятком разных ГОСТов. Отдельные нормативные документы также существуют для бетонных смесей и добавок. На сентябрь 2021 года, актуальными являются следующие:

Для бетонов

1. ГОСТ 25192-2012 Бетоны. Классификация и общие технические требования
2. ГОСТ 25820-2014 Бетоны легкие. Технические условия
3. ГОСТ 26633-2015 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия

Для испытания бетонов

1. ГОСТ 10180-2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам
2. ГОСТ 10060-2012 Бетоны. Методы определения морозостойкости. Общие требования
3. ГОСТ 12730.5-2018. Бетоны. Методы определения водонепроницаемости
4. ГОСТ 22690-2015 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля
5. ГОСТ 17624-2012 Бетоны. Ультразвуковой метод контроля прочности

Для бетонных смесей

1. ГОСТ 27006-2019 Бетоны. Правила подбора состава
2. ГОСТ 7473-2010 Смеси бетонные. Технические условия
3. Для испытания бетонных смесей
4. ГОСТ 10181-2014 Смеси бетонные. Методы испытаний

Для добавок к бетонам

1. ГОСТ 24211-2008. Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия

Для испытания добавок

1. ГОСТ 30459-2008 Добавки для бетонов и строительных растворов. Определение и оценка эффективности

Методы испытания бетона

Прежде, чем углубляться в научные методики по испытанию бетонной смеси и застывшего бетона, хотим поделиться небольшим лайфхаком, который помогает быстро определить качество бетона «на глаз» для тех, кто строит собственный дом и не имеет возможности воспользоваться услугами лаборатории.

Во-первых, это цвет. Если внимательно присмотреться, то окажется, что бетон вовсе не такой серый, он серо-зеленый. Поэтому чем более явным видится зеленый оттенок, тем выше качество бетона. И, наоборот, желтизна говорит о низком качестве.

Во-вторых, это «молоко». А точнее цементное молочко, которое образуется на поверхности залитой смеси. Молочко – это водянистая жидкость светло-серого цвета, которую с поверхности нужно убрать, чтобы на бетоне не появилась корка. Но густота этого молочка говорит о высоком качестве раствора.

В-третьих, это удар. Профессиональные строители говорят, что проверить качество бетона после полного застывания можно с помощью стального молотка. Если бетон высокого качества, то при ударе молоток практически отпружинит от поверхности и оставит небольшую вмятину, но не трещины.

Испытание бетона на прочность (сжатие, изгиб, растяжение, отрыв)

Если испытание бетона на прочность проводится в лабораторных условиях, то для проведения работ используют разрушающие методы исследования, для которых изготавливаются из смеси или отбираются на объекте кубики и керны (образцы цилиндрической формы). Если испытания проводят в полевых условиях, то применяются только неразрушающие методы исследования.

Лабораторное исследование качества бетона проводят непосредственно перед отправкой бетонной смеси к месту строительства.  В ходе испытаний из представленной смеси изготавливают кубики и цилиндры от 100 до 300 мм в диаметре. Залитые образцы выдерживают до полного высыхания в камере нормального твердения (при температуре 20±2°С и влажности воздуха 95±5%) 28 суток, затем разрушают в специальном прессе и фиксируют результаты испытаний в протоколе соответствия нормативным стандартам и заявленной марке.

Самой популярной неразрушающей методикой испытания бетона является ультразвук, а точнее определение прочности, основанное на зависимости косвенных характеристик: скорости и времени распространения ультразвука при измерении специальными приборами.

Ультразвуковой метод применяют при положительной температуре испытываемой поверхности, на готовых строительных конструкциях, для определения прочности бетона в установленном проектной документацией промежуточном и проектном (как правило, 28-суточном) возрасте и возрасте, превышающем проектный при обследовании конструкций, а также в ходе исследований при реконструкции исторических зданий. Не менее двух раз на каждом контролируемом участке. В заключении фиксируются:

• проектный и фактический класс бетона;
• прочность участков и среднюю прочность конструкции;
• дефекты на участках бетонной конструкции, требующие внимания.

Прочность бетона также проверяют методом отрыва, который заключается в подсчете количества усилий, которые нужно приложить для разрушения бетонной поверхности. К поверхности на эпоксидный раствор приклеивается специальный стальной диск, который пытаются оторвать с помощью разнообразных инструментов. Наиболее точной считается методика, включающая в себя частичное скалывание исследуемой поверхности.

Испытание бетона на водонепроницаемость

Испытание на водонепроницаемость проводится только для определенных видов бетона, которые имеет в своем составе так называемые гидравлические вяжущие вещества, способные затвердевать не только на воздухе, но и в воде. К ним относят гидравлическую известь, романский и портландский виды цемента и некоторые другие. Их непроницаемость для воды определяют по:

• глубине проникания воды под давлением;
• коэффициенту фильтрации;
• мокрому пятну и
• воздухопроницаемости.

Контрольные образцы для испытания — это серия из шести экземпляров кубической или цилиндрической формы, изготавливают которые в соотношении крупность зерна:высота образца. Зерна должны быть не крупнее 4 мм, а высота не должна превышать 150 мм. По тому же принципу образцы забираются на объекте. Перед испытанием требуется также гидроизолировать одну из поверхностей. В результате испытаний бетону присваивают марку по водонепроницаемости от W2 до W20. Чем выше значение, тем хуже проникает вода в строительный материал.

Испытание бетона на морозостойкость

Согласно ГОСТу, данное испытание проводят для тяжелых бетонов разных типов, в том числе тех, что применяются для дорожных и аэродромных покрытий. Данные исследования применяют для точного подбора состава бетона, при разработке новых технологий изготовления, а также для контроля качества готовых покрытий и конструкций.

Базовой методикой испытания является многократное цикличное замораживание и размораживание образцов материала в лабораторных условиях, после чего проводится сравнительный анализ потери прочности, массы и определение величины морозостойкости. Помимо базового, существует также ускоренный метод исследования, кроме легких бетонов.

Все образцы перед заморозкой насыщают водой или раствором хлорида натрия с температурой +20С°, а замораживают в камере при температуре -18С° (и до -50С° при укоренном варианте исследования). Контрольные образцы просушивают во влажной ткани, взвешивают и проверяют на сжатие.

Испытание готовой бетонной смеси

При испытании бетонной смеси очень важно учитывать правила отбора проб, где время идет на считанные минуты:

• на месте производства пробу берут через 15 минут после ее выгрузки из смесителя;
• на месте укладки пробу берут из автобетономсмесителя три раза с интервалом в минуту или при подаче насосом три раза в течение десяти минут;
• после чего пробу дополнительно перемешивают.

Непосредственное испытание также должно начаться очень быстро, но не раньше, чем через 10 минут и не позднее, чем 30 минут от забора. Пробу бетона нельзя дополнительно нагревать или охлаждать, допустимая разница в температуре составляет 5С°. Бетонная смесь также не должна потерять влагу.

При испытании выявляют так называемый показатель удобоукладываемости, т. е. способность бетонной смеси заполнять форму при заданном способе уплотнения и образовывать в результате уплотнения плотную, однородную массу. В ходе испытательных работ на металлический лист устанавливают стандартный конус, и через воронку заливают бетонную смесь равными слоями (в один или три приема в зависимости от удобоукладываемости). Слои уплотняют, излишки удаляют, форму приподнимают и металлической линейкой измеряют размеры расплыва или осадки конуса.

Помимо плотности бетонную смесь также проверяют на пористость, расслаиваемость, водоотделение и сохраняемость свойств.