Прочность – это техническая характеристика, по которой определяется способность выдерживать механические или химические воздействия. Для каждого этапа строительства требуются материалы с разными свойствами. Для заливки фундамента здания и возведения стен применяется бетон разных классов. Если использовать материал с низким прочностным показателем для строительства конструкций, которые будут подвергаться значительным нагрузкам, то это может привести к растрескиванию и разрушению всего объекта.

Как только в сухую смесь добавляется вода, в ней начинается химический процесс. Скорость его протекания может увеличиваться или уменьшаться из-за многих факторов, например, температуры или влажности.

Что влияет на прочность?

На показатель оказывают влияние следующие факторы:

• количество цемента;
• качество смешивания всех компонентов бетонного раствора;
• температура;
• активность цемента;
• влажность;
• пропорции цемента и воды;
• качество всех компонентов;
• плотность.

Также он зависит количества времени, которое прошло с момента заливки, и использовалось ли повторное вибрирование раствора. Наибольшее влияние оказывает активность цемента: чем она выше, тем больше получится прочность.

От количества цемента в смеси также зависит прочность. При повышенном содержании он позволяет увеличить ее. Если же использовать недостаточное количество цемента, то свойства конструкции заметно снижаются. Увеличивается этот показатель лишь до достижения определенного объема цемента. Если засыпать больше нормы, то бетон может стать слишком ползучим и дать сильную усадку.

В растворе не должно быть слишком много воды, так как это приводит к появлению в нем большого количества пор. От качества и свойств всех компонентов напрямую зависит прочность. Если для замешивания использовались мелкозернистые или глинистые наполнители, то она снизится. Поэтому рекомендуется подбирать компоненты с крупными фракциями, так как они значительно лучше скрепляются с цементом.

От однородности замешанной смеси и применения виброуплотнения зависит плотность бетона, а от нее – прочность. Чем он плотнее, тем лучше скрепились между собой частицы всех компонентов.

Способы определения прочности

По прочности на сжатие узнаются эксплуатационные характеристики сооружения и возможные на него нагрузки. Вычисляется этот показатель в лабораториях на специальном оборудовании. Используются контрольные образцы, сделанные из того же раствора, что и отстроенное сооружение.

Также вычисляют ее на территории строящегося объекта, узнать можно разрушаемым или неразрушаемым способами. В первом случае либо разрушается сделанная заранее контрольная проба в виде куба со сторонами 15 см, либо с помощью бура из конструкции берется образец в виде цилиндра. Бетон устанавливается в испытательный пресс, где на него оказывается постоянное и непрерывное давление. Его увеличивают до тех пор, пока проба не начнет разрушаться. Показатель, полученный во время критической нагрузки, применяется для определения прочности. Этот метод разрушения пробы является самым точным.

Для проверки бетона неразрушаемым способом используется специальное оборудование. В зависимости от типа приборов он делится на следующие:

• ультразвуковой;
• ударный;
• частичное разрушение.

При частичном разрушении на бетон оказывают механическое воздействие, из-за чего он частично повреждается. Провести проверку прочности в МПа этим методом можно несколькими способами:

• отрывом;
• скалыванием с отрывом;
• скалыванием.

В первом случае к бетону на клей крепится диск из металла, после чего его отрывают. То усилие, которое потребовалось для его отрыва, и используется для вычисления.

Метод скалывания – разрушение скользящим воздействием со стороны ребра всего сооружения. В момент разрушения регистрируется значение приложенного давления на конструкцию.

Второй способ – скалывание с отрывом – показывает наилучшую точность по сравнению с отрывом или скалыванием. Принцип действия: в бетоне закрепляются анкера, которые впоследствии отрываются от него.

Определение прочности бетона ударным методом возможно следующими путями:

• ударный импульс;
• отскок;
• пластическая деформация.

В первом случае фиксируется количество энергии, создаваемой в момент удара по плоскости. Во втором способе определяется величина отскока ударника. При вычислении методом пластической деформации используются приборы, на конце которых расположены штампы в виде шаров или дисков. Ими ударяют о бетон. По глубине вмятины вычисляются свойства поверхности.

Метод с помощью ультразвуковых волн не является точным, так как результат получается с большими погрешностями.

Набор прочности

Чем больше прошло времени после заливки раствора, тем выше стали его свойства. При оптимальных условиях бетон набирает прочность на 100 % на 28-ой день. На 7-ой день этот показатель составляет от 60 до 80 %, на 3-ий – 30 %.

• n – количество дней;
• Rb(n) – прочность на день n;
• число n не должно быть меньше трех.

Оптимальной температурой является +15-20°C. Если она значительно ниже, то для ускорения процесса затвердения необходимо использовать специальные добавки или дополнительный обогрев оборудованием. Нагревать выше +90°C нельзя.

Поверхность должна быть всегда влажной: если она высохнет, то перестает набираться прочность. Также нельзя допускать замерзания. После полива или нагрева бетон снова начнет повышать свои прочностные характеристики на сжатие.

График, показывающий, сколько времени требуется для достижения максимального значения при определенных условиях:

Марка по прочности на сжатие

Класс бетона показывает, какую максимальную нагрузку в МПа он выдерживает. Обозначается буквой В и цифрами, например, В 30 означает, что куб со сторонами 15 см в 95% случаев способен выдержать давление 25 МПа. Также прочностные свойства на сжатие разделяют по маркам – М и цифрами после нее (М100, М200 и так далее). Эта величина измеряется в кг/см 2 . Диапазон значений марки по прочности – от 50 до 800. Чаще всего в строительстве применяются растворы от 100 и до 500.

Таблица на сжатие по классам в МПа:

М50, М75, М100 подходят для строительства наименее нагружаемых конструкций. М150 обладает более высокими прочностными характеристиками на сжатие, поэтому может применяться для заливки бетонных стяжек пола и сооружения пешеходных дорог. М200 используется практически во всех типах строительных работ – фундаменты, площадки и так далее. М250 – то же самое, что и предыдущая марка, но еще выбирается для межэтажных перекрытий в зданиях с малым числом этажей.

М300 – для заливки монолитных оснований, изготовления плит перекрытий, лестниц и несущих стен. М350 – опорные балки, фундамент и плиты перекрытий для многоэтажных зданий. М400 – создание ЖБИ и зданий с повышенными нагрузками, М450 – плотины и метро. Марка меняется в зависимости от количества содержащегося в нем цемента: чем больше его, тем она выше.

Чтобы перевести марку в класс, используется следующая формула: В = М*0,787/10.

Перед сдачей в эксплуатацию любого здания или другого сооружения из бетона оно обязательно должно быть проверено на прочность.

В этой статье:

Среди основных свойств бетонов, влияющих на длительность срока их эксплуатации без изменения структуры, можно выделить два основных:

• Прочность бетона на сжатие: проектная (марочная).
• Стойкость: к замораживанию/оттаиванию, к воздействию высоких температур, к воздействию влаги.

Различие видов бетонов и их свойств позволяет подобрать материал с необходимыми механическими параметрами и стойкостью к физико-химическим воздействиям. Классификация на марки и классы бетона дает представление обо всех необходимых характеристиках, таких прочность, степень морозоустойчивости, водонепроницаемости, жаро- и термостойкости.

Марочная прочность бетона и классы прочности

Прочность бетона – это показатель предела сопротивляемости материала к внешнему механическому воздействию на сжатие (измеряется в кгс/см?). То есть, можно сказать, что этот параметр дает представление о механических свойствах бетона, его устойчивости к нагрузкам. Именно эта характеристика и положена в основу классификации бетона. Бетон марки М15 обладает наименьшей прочностью, а М800, соответственно, наибольшей.

Такая маркировка позволяет максимально точно учесть прочностные свойства бетона, и подобрать его в соответствии с предполагаемыми нагрузками.

Так, для предварительно-напряженных конструкций необходим раствор с маркировкой не ниже М300, а для обычных железобетонных панелей или блоков, не испытывающих большой нагрузки - М200-М250. Марки М100-М150 используются при заливке монолитных фундаментов. Бетонный раствор М15-М50 применяется при изготовлении ограждающих и теплоизоляционных конструкций.

Существует и другая классификация – по классам прочности на сжатие бетона: от В1 до В22. Эти две системы классификации учитывают один параметр – прочность на сжатие. Отличие класса от марки бетона в том, что для марок (М) берется усредненное значение по прочности на сжатие, а для классов (В) – гарантированное. Средняя прочность бетона на сжатие – это средний показатель прочности проверяемых образцов, а гарантированное означает, что бетон имеет прочность не менее заявленной. При разработке проектной документации в спецификации указывается класс (В), хотя, в силу привычки, более распространенной является классификация по маркам. Ниже приведено примерное соотношение класса и марки бетона.

Таблица марок и классов бетона и их соотношения:

Набор прочности и критическая прочность бетона

Критическая прочность – параметр крайне важный при заливке бетонного раствора в условиях низких температур. Дело в том, что проектная прочность бетона появляется только на 28 день вызревания, при условии соблюдения технологии твердения, а соответственно и температурного режима (не ниже + 30°С). При более низкой температуре срок твердения бетона увеличивается, а при отрицательной прекращается.

При температуре ниже 0°С останавливается набор прочности бетона, в силу прекращения гидратации – связывания молекул воды и клинкерных составляющих цемента, образующих цементный камень. Если температура опускается ниже - 3°С начинаются фазовые превращения воды, что приводит к разрушениям структуры невызревшего бетона и потери прочности. Как показали проведенные опыты, образцы, набравшие критическую прочность, то есть вызревшие до определенного состояния, после замерзания и оттаивания не подвергаются разрушению и в дальнейшем продолжают набирать прочность, а образцы, замороженные на раннем сроке твердения, характеризуются потерей прочности до 50%.

Для растворов разных марок необходимо и различное время для вызревания до критической прочности бетона. На этой странице можно посмотреть таблицу, где указано, какую прочность от проектной должен набрать бетон до замораживания. Однако можно сказать, что недопустимо замораживание в первой фазе – фазе схватывания (первые сутки) и в первые 5-7 дней твердения бетона при нормальном температурном режиме. За первую неделю бетон набирает до 60-70% марочной прочности, после чего замораживание бетона только приостановит процесс вызревания и после оттаивания он возобновится.

Таблица критической прочности для различных марок:

Повышение температуры ускоряет процесс созревания бетона, но необходимо помнить о том, что нагрев свыше 90°С недопустим. При температуре твердения бетона 75-85°С в атмосфере насыщенного пара твердение до 60-70% марочной прочности происходит в течение 12 часов. Прогрев до такой температуры без насыщения паром приводит к высыханию, что также останавливает вызревание (гидратацию). Необходимо помнить, что гидратация невозможна без молекул воды и уход за бетоном заключается, в том числе, и в постоянном увлажнении в процессе набора прочности. В графике твердения бетона можно посмотреть взаимосвязь температурного режима и сроков вызревания бетона (дано для бетона марки М400), но нужно учитывать, что если в раствор вводятся специальные добавки (модификаторы - ускорители твердения), то время набора прочности бетона может быть значительно меньше.

График набора прочности бетона:

Стойкость бетона к внешним воздействиям

Коррозия бетона

Коррозия бетона (разрушение цементного камня) происходит вследствие многих факторов:

• влияния окружающей среды,
• механических воздействий,
• проникновения воды,
• изменения температур (замораживание/оттаивание, нагрев/резкое охлаждение).

Нарушение структуры цементного камня сопровождается понижением его сцепления с армирующими элементами, повышением водопроницаемости и, как результат, снижением прочности. Для повышения коррозийной стойкости бетона рекомендуются такие меры:

• использование специальных кислотостойких, глиноземистых или пуццолановых цементов;
• введение в смеси гидрофобизирующих, жаростойких или морозостойких добавок;
• увеличение плотности бетона. Большое влияние на стойкость бетона, кроме состава смеси и соотношения компонентов, оказывает технология приготовления и доставки, укладки и последующего ухода. Виброперемешивание смеси увеличивают активность цемента и позволяют получить тесто с макрооднородной структурой, а транспортировка в миксерах – избежать его расслоения при доставке на объект. Эффект от виброуплотнения при укладке теста объясняется вытеснением пузырьков воздуха: в неуплотненной смеси он может достигать 45%. Удаление воздуха обеспечивает защиту бетона от коррозии, увеличение прочности, морозо-, жаростойкости, а также снижает водопроницаемость бетона.

Морозостойкость бетона

Воздействие на бетон поочередного замораживания/оттаивания приводит к его растрескиванию. Объясняется это тем, что в замороженном состоянии влага, находящаяся в порах материала, превращается в лед, а значит, увеличивается в объеме (до 10%). Это приводит к повышенному внутреннему напряжению бетона, а в результате и к его растрескиванию и разрушению.

Морозостойкость бетона тем ниже, чем больше доступ к проникновению влаги: объем пор, в которых может накапливаться вода (макропористость) и уровень капиллярной пористости.

Повышение морозостойкости бетона происходит за счет уменьшения показателей макро и микропористости, а также введением гидрофобных воздухововлекающих добавок. С их помощью в бетоне образуются резервные поры, не заполняемые водой в обычных условиях. При замерзании воды, уже попавшей внутрь бетона, часть ее перемещается в эти поры, тем самым снимая внутреннее давление. Использование глиноземистых цементов также увеличивает морозостойкость материала.

Так как при возведении объектов предъявляются различные требования к свойствам бетона по морозоустойчивости, производится бетон с классом устойчивости к циклам замораживания/оттаивания от F25 до F1000. Для гидротехнических сооружений необходима марка бетона по морозостойкости от F200, а для возводимых в зонах с суровым климатом – от F800 (спецификация производится, исходя из среднесуточной температуры для данного региона).

Водонепроницаемость бетона

Разрушение бетона под воздействием жидких сред происходит не только при отрицательных температурах. Влага имеет свойство вымывать легкорастворимые компоненты из любого вещества, а один из компонентов, при затворении бетонного теста, гашеная известь (гидрат окиси кальция) – водорастворимое вещество. Его вымывание приводит к нарушению структуры и разрушению бетонных блоков и фундаментов. Кроме того, находящиеся в воде кислотные компоненты также оказывают неблагоприятное влияние на состояние материала. На сегодняшний день существуют различные способы защиты бетона от разрушения вследствие воздействия влаги.

Избежать негативного влияния воды можно использованием пуццоланового или сульфатостойкого портландцемента, введением в раствор гидрофобных добавок в бетон для водонепроницаемости, а также применением специальных пленкообразующих покрытий, препятствующих проникновению влаги и уплотняющих добавок. По параметру водонепроницаемости бетон подразделяется на классы (марки). Существуют марки бетона по водонепроницаемости (характеризуется односторонним гидростатическим давлением, измеряется в кгс/см?) от W2 до W20.

Устойчивость к воздействию высоких температур

Если возводимые бетонные сооружения или отдельные изделия будут эксплуатироваться при постоянных высоких температурах, то необходимо выбирать жаростойкий бетон соответствующего класса, так как обычный под воздействием жара теряет прочность и дает усадку вследствие потери цеолитной, абсорбционной и кристаллизационной воды. Это приводит к растрескиванию, частичному, а затем и полному разрушению бетона. Жаростойкий бетон обозначается BR и подразделяется в соответствии с предельно допустимой температурой применения на классы от И3 до И18 (или U3-U18).

Для класса И3 предельно допустимая температура составляет +300°С, а для И18 - +1800°С.

Кроме того существует подразделение на марки по термостойкости:

• для водных теплосмен - Т(1)5, Т(1)10, Т(1)15, Т(1)20, Т(1)30, Т(1)40;
• для воздушных теплосмен - Т(2)10, Т(2)15, Т(2)20, Т(2)25.

Последний параметр обозначает способность выдерживать смены температур без деформаций и снижения прочности.

Класс бетона (В) - показатель прочности бетона на сжатие и определяется значениями от 0,5 до 120, которые показывают выдерживаемое давление в мегапаскалях (МПа), с вероятностью 95%. Например, класс бетона В50 означает, что данный бетон в 95 случаев из 100 выдержит давление на сжатие до 50 МПа.

По прочности на сжатие бетоны подразделяют на классы:

• Теплоизоляционные (В0,35 - B2).
• Конструкционно-теплоизоляционные (В2,5 - В10).
• Конструкционные бетоны (В12,5 - В40).
• Бетоны для усиленных конструкций (от В45 и выше).

Класс бетона по прочности на осевое растяжение

Обозначается "Bt" и соответствует значению прочности бетона на осевое растяжение в МПа с обеспеченностью 0,95 и принимается в пределах от Bt 0,4 до Bt 6.

Марка бетона

Наряду с классом прочность бетона также задается маркой и обозначается латинской буквой "М" . Цифры означают предел прочности на сжатие в кгс/см 2 .

Разница между маркой и классом бетона не только в единицах измерения прочности (МПа и кгс/см 2), но и в гарантии подтверждения этой прочности. Класс бетона гарантирует 95%-ю обеспеченность прочности, в марках используется среднее значение прочности.

Класс бетона прочности по СНБ

Обозначается буквой "С". Цифры характеризуют качество бетона: значение нормативного сопротивления / гарантированная прочность (на осевое сжатие, Н/мм 2 (МПа)).

Например, С20/25: 20 - значение нормативного сопротивления fck, Н/мм 2 , 25 - гарантированная прочность бетона fс, Gcube, Н/мм 2 .

Применение бетонов в зависимости от прочности

Средняя прочность бетона

Среднюю прочность бетона (R) каждого класса определяют при нормативном коэффициенте вариации. Для конструктивных бетонов v=13,5%, для теплоизоляционных бетонов v=18%.

R = В /

где В - значение класса бетона, МПа;
0,0980665 - переходной коэффициент от МПа к кг/см 2 .

Таблица соответствия классов и марок

Застывший бетон имеет специфический состав, разнообразные компоненты которого относят его к конгломератным материалам. Данное свойство свидетельствует об особенности раствора, а именно его качестве. Надежность бетонной конструкции определяется его совместимостью с другими материалами. В зависимости от этого, существуют различные классы и марки бетонного раствора, применение которых характерно определенному виду строительства. Предлагаем детально ознакомиться с каждым классом и маркой бетона по его прочности на осевое растяжение и сжатие.

Суть и общая характеристика класса бетона

В узком понимании в классах бетонной смеси определяется нагрузка, которую может выдержать одна единица площади поверхности при отсутствии повреждений. Единицы измерения устанавливали на протяжении многих лет. На сегодняшний момент показатели класса определяются в МПа.

Способ определения крепости раствора одинаков как для его класса, так и для марки. При испытаниях используются в специальных лабораториях, путем экспериментов с образцами материалов. С помощью специальных приспособлений производится работа по установлению максимального усилия на образец, при котором начинается его разрушение. Исходя из полученных данных, усилие приравнивается к давлению.

Для достижения правильных результатов необходимо учитывать соотношение вектора нагрузки и оси образца. С этой целью нижние стороны поверхности пресса и бетона помечаются осями, которые должны совпадать. Согласно ГОСТам, выделяют 18 видовых классов бетонного раствора, зависимо от прочности на сжатие. Например, бетон В35. Данное обозначение означает его прочность при давлении 35 МПа.

Марка бетона – суть и общая характеристика

В случае если класс изделия, как показатель прочности не учитывается, используется стандарт надежности при помощи марки раствора. Суть данного определения состоит в отображении определенного свойства материала. Как и в предыдущем случае, это свойство определяется с помощью испытаний над образцами. Различают два общих значения определения марки:

• минимальное: применяется для определения прочности, стойкости к влаге и низким температурам;
• максимальное: используется для обозначения плотности.

Однако следует запомнить, что с помощью марки невозможно определить колебания крепости на всей бетонной поверхности.

Соответствие марки бетона классу

Определенный класс бетона по прочности на сжатие имеет свою соответствующую марку. На практике была составлена таблица этого соотношения. Например, согласно таблице, марке М50 соответствует класс В3,5.

Коэффициент перевода класса бетона в соответствующую марку – 13,1.

Чаще всего при строительстве для определения прочности применяется термин «класс». В отличии от марок в этом параметре вычислена гарантированная крепость материала.

Выбор бетона

Строительство определенной бетонной конструкции требует четко установленной крепости бетонного раствора. Среди них выделяют:

• подбетонное покрытие — В7,5;
• фундамент: в помещениях с низкой влажностью – от В15; в помещениях с высокой влажностью – от В22,5;
• стены, а также другие конструкции на улице – учитывается морозостойкость: для районов со стабильно теплой температурой воздуха — F150; для районов с температурой воздуха ниже -40С - F200;
• внутренние поверхности – от В15;
• железобетонные конструкции – от В15 (предварительно напряженные) – от В20.

Все вышеперечисленные правила установлены строительными стандартами. Однако они могут отличаться в зависимости от технических расчетов. Так, одно здание может быть построено на бетоне разной прочности – материалы на нижних этажах должны быть значительно выше от материалов верхних этажей.

Одним из быстрых и удобных способов определения прочности бетона является испытание путем сжатия склерометром или молотком Шмидта. Принцип его работы заключается в ударе бойка по бетону и его отскоке. Вследствие этого специальный указатель перемещается на определенную высоту, которая соответствует установленной марке бетона.

Несмотря на простоту в использовании, данное приспособление не пользуется популярностью, поскольку не может дать точных значений. Это возникает от влияния на испытание других факторов, таких как характер поверхности образца, его толщина, структура и уплотнение.