Марки бетона по прочности. Класс бетона. Свойства бетонов, влияющие на их эксплуатационные характеристики

Одним из наиболее востребованных искусственных каменных материалов в современном как индивидуальном, так и профессиональном строительстве является бетон. Получается он в результате соединения таких ингредиентов как вода, цемент и наполнителей разного размера, таких как гравийный, гранитный или известковый щебень. Этот стройматериал может быть классифицирован по множеству самых разных признаков, но наиболее часто его подразделяют по прочности. Что такое прочность бетона и о чем она свидетельствует, рассмотрим более подробно в этой статье.

Что понимается под прочностью?

Прочность – это возможность какого-либо материала противостоять внешним и внутренним деструктивным процессам, таким, как, например, неравномерное промерзание или прогревание. Прочность на сжатие бетона является одной из самых значимых характеристик. Именно от нее зависит длительность и надежность использования того или иного строения, а также его устойчивость к различным негативным воздействиям окружающей среды. В результате взаимодействия, при стабильно положительных температурах окружающей среды и высокой, в пределах 80%, влажности, таких материалов как вода и цемент, происходит нарастание прочности бетона.

Факторы, оказывающие влияние

На то, каким будет бетон по прочности, оказывают воздействие, прямое или косвенное множество факторов:

• качество исходных компонентов, применяемых при изготовлении;
• количество цемента;
• условия, при которых производится замешивание и затвердевание раствора;
• соблюдение технологии как на этапе изготовления, так и в процессе применения смеси.

Как определить?

Сегодня существует множество методов, посредством которых возможно выполнить определение прочности бетона, перечислим некоторые из них:

1. Акустик-эмиссионный.

2. Вибрационно-акустический.

3. Выбуривания кернов.

4. Инфракрасный.

5. Стандартных образцов.

6. Электрического потенциала.

7. Неразрушающего контроля.

Методы неразрушающего контроля

Наиболее широкое распространение в нашей стране получили методы группы неразрушающего контроля, к которым относятся:

• Ударного импульса. При проведении исследования фиксируется энергия удара в момент соударения бойка о бетонную поверхность.
• Пластической деформации. Он основан на измерении отпечатков стального шарика после удара по бетонной поверхности. Основное достоинство этого метода – простота и низкая цена на инструменты для его проведения.
• Упругого отскока. В ходе измерений устанавливают поверхностную твердость бетонной поверхности, для чего измеряется, на какую величину отскакивает специальный инструмент – «ударник», после взаимодействия с тестируемой поверхностью.
• Метод отрыва со скалыванием. В процессе проведения исследования по этому методу, измеряется усилие, которое нужно приложить для того, чтобы сколоть какой-либо участок, расположенный на ребре конструкции из бетона. Еще одним вариантом этого метода является фиксация усилия, необходимого для вырывания из поверхности бетона установленного анкерного устройства.

По результатам, полученным во время исследований, проводят вычисление прочности изучаемого вида бетона, как среднеарифметического значения всех полученных результатов. Эксперимент проводят на протяжении четырех недель затвердевания бетона при положительных температурных показателях и необходимом уровне влажности.

Все это время поддерживаются условия, при которых в исследуемом образце всегда оставалась влага. Среднеарифметический показатель, полученный в конечном результате, служит основанием для присвоения класса прочности и марки бетона.

Современные марки, согласно действующим стандартам, могут иметь значение в диапазоне от 50 до 800 кг/сил на см. Согласно СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции», присвоенный бетону класс, обозначается латинской «В» и цифрами от 3 до 80, показывает какое давление в МПа (мега Паскалях), он может выдержать.

Ниже приведена таблица, в которой указаны как соотносятся между собой марка и класс наиболее популярных и широко применяемых бетонов.

Прочность при сжатии – важное механическое свойство. Характеризуется пределом прочности породы при сжатии в сухом состоянии. Действующий стандарт на блоки подразделяет породы по Этому показателю на три класса: прочные (свыше 80 МПа), средней прочности (40-80 МПа), и низкопрочные (5-40 МПа).

Рис. 16. Схема гидравлического пресса для испытаний образцов на сжатие

Стандарт на камни бортовые (ГОСТ 6666-81) допускает изготовление этой продукции из горных пород с пределом прочности при сжатии не ниже, МПа: для изверженных пород – 90, метаморфических и осадочных – 60. Стандарт на камни брусчатые (ГОСТ 23668-79) допускает изготовление их из изверженных пород с пределом прочности не ниже 100 МПа. Стеновые камни из горных пород (ГОСТ 4001 – 84) в зависимости от предела прочности при сжатии подразделяются на 14 марок (от 4 до 400).

1 – станина; 2 – гидроцилиндр; 3 – поршень, 4 – нижняя плита; 5 – испытываемый образец камня; в – верхняя плита; 7 – установочный винт; 8 – манометры; 9 – насос

Определение предела прочности горных пород при сжатии производят на пяти образцах кубической формы с ребром 40-50 мм или цилиндрах диаметром и высотой 40 – 50 мм. Каждый образец перед испытанием очищают щеткой от рыхлых частиц, пыли и высушивают до постоянной массы. Затем тщательно обрабатывают на шлифовальном станке грани образцов, к которым будет приложена нагрузка, для обеспечения их параллельности. После этого образцы измеряют штангенциркулем, устанавливают в центре опорной плиты пресса (рис. 16), имеющей разметку для центровки образцов, и прижимают верхней плитой пресса, которая должна плотно прилегать по всей поверхности верхней грани образцов.

Нагрузку на образец при испытании увеличивают непрерывно и постоянно со скоростью, обеспечивающей его разрушение через 20-60 с после начала испытаний. Величина разрушающей нагрузки должна составлять не менее 10 % от предельно развиваемого прессом усилия. Момент разрушения образца устанавливают по началу обратного движения указательной стрелки силоизмерителя при работающем нагружающем устройстве.

Предельную (разрушающую) нагрузку определяют по положению -фиксирующей стрелки пресса. Если она отсутствует, надо внимательно следить за указательной стрелкой. За предельную нагрузку принимают наибольшее число делений, достигнутое движущейся стрелкой. При испытаниях образцов низкопрочных пород разрушение более продолжительно и нередко наблюдается плавный сброс нагрузки; в этом случае за предельную нагрузку принимают наибольшее число делений по шкале, которое было достигнуто указательной стрелкой.

Для вычисления предела прочности при сжатии определяют разрушающее усилие непосредственно по силоизмерителю или по тарировочным таблицам, прилагаемым прессу. При использовании манометров разрушающее усилие может быть определено как произведение площади поршня пресса на максимальное давление масла в прессе в момент разрушения образца (по показанию манометра).

Предел прочности образца при сжатии R сж, МПа, вычисляют с точностью до I МПа по формуле

R сж = P(10*F),

где P – разрушающее усилие пресса, Н; F – площадь поперечного сечения образца, м 2 .

Предел прочности породы при сжатии вычисляют как среднее арифметическое результатов испытаний пяти образцов. Значения этого показателя для большинства видов облицовочного камня, используемого в строительстве, даны в приложении.

Кроме предела прочности горных пород при сжатии в сухом состоянии, в процессе проведения испытания обычно определяют также и значение этого показателя у пород в водонасыщенном состоянии, что необходимо для оценки размягчения породы. Эти испытания проводятся аналогично вышеописанным (испытания сухих образцов) с той лишь разницей, что перед раздавливанием на прессе образцы выдерживаются в сосуде с водой комнатной температуры в течение 48 ч.

В рабочих чертежах конструкции или в стандартах на изделия обычно указывают требования прочности бетона, его класс или марку. При проектировании конструкции прочность бетона на сжатие характеризуется классами. Класс бетона определяется величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 0,95. Бетоны подразделяют на классы: В1, В1.5, В2, В2.5, В3.5, В5, В7.5, В10, В12.5, В15, В20, В25, В30, В35, В40, В50, В55, В60.

На производстве контролируют среднюю прочность или марку бетона. Между классами бетона и его средней прочностью имеется зависимость

В = R (1  tν ) , (7.14)

где В – класс бетона по прочности, МПа; R – средняя прочность, которую следует обеспечить при производстве конструкции, МПа;t – коэффициент характеризующий принятый при проектирование обеспеченность класса бетона;ν – коэффициент вариации прочности бетона. Для перехода от класса бетона В к средней прочности бетона (МПа), контролируемой на производстве для образцов 15х15х15 см (при нормативном коэффициенте вариации 13,5 % иt= 1,64) следует применять формулуR ср б = В/0,778.

Пример, для класса В5 получим среднюю прочность R ср б = 6,43 МПа, а для класса В40R ср б = 51,4 МПа.

Средняя прочность или марка тяжелого бетона определяется пределом прочности (МПа) при сжатии стандартных бетонных кубов 15х15х15 см, изготовленных из рабочей бетонной смеси в металлических формах и испытанных в возрасте 28 сут. после твердения в нормальных условиях (температура 15-20 0 С, относительная влажность окружающего воздуха 90-100 %). В строительстве используют следующие марки: М50, М75, М100, М150, М200, М250, М300, М350, М400, М450, М500, М600 и выше (через М 100). На производстве необходимо обеспечить среднюю прочность или заданную марку бетона. Превышения заданной прочности допускается не более чем на 15 %, т.к. это ведет к перерасходу цемента.

Кубы размером 15х15х15 см применяют в том случае, когда наибольшее крупность зерен заполнителя 40 мм. При другой крупности заполнителя можно использовать кубы иных размеров, однако размер ребра контрольного образца должен быть примерно в 3 раза больше максимальной крупности зерен заполнителя. Для определения марки бетона на кубах с другими размерами вводят следующие переходные коэффициенты, на которые умножают полученную в опытах прочность бетона:

Размер куба, см…………7х7х7 10х10х10 15х15х15…20х20х20

Коэффициент…………...0,85 0,85 1 1,05

§ 7.6. Однородность бетона по прочности

Колебания активности цемента, его нормальной густоты, минералогического состава, свойств заполнителей, дозировки материалов, режимов перемешивания и твердения – все это приводит к неоднородности структуры бетона. Вследствие этого отдельные объемы бетона могут отличаться друг от друга в большей или меньшей степени, что зависит от свойств используемых материалов и отлаженности технологического процесса. Соответственно будут и колебаться показатели свойств бетона: прочность, плотность, проницаемость, морозоустойчивость и др. для оценки однородности бетона используют статические методы. Качество бетона определяется главным образом его средней прочностью (или соответствующим комплексом показателей) и однородностью, которая оценивается по коэффициенту вариации прочности (или др. показателей).

При контроле качества бетона по прочности с учетом его однородности проводят статистическую обработку результатов испытаний бетона за определенный период и определяют характеристики его прочности и однородности. В проектах указываются значения нормируемой прочности бетона (в проектном и промежуточном возрасте, отпускные и передаточные).

Требуемая прочность R т представляет собой минимально допустимое значение фактической прочности бетона в партии, при котором будет обеспечена нормируемая прочность с заданной степенью гарантии. Она устанавливается лабораториями заводов и строек в соответствии с достигнутой однородностью бетонов партии.

Фактическая прочность бетона в партииR m определяется как среднее значение прочности, определенные по результатам испытаний контрольных образцов или не разрушающими методами не посредственно в конструкции.

Одновременно с требуемой прочностью определяют средней уровень прочности R у (заданную прочность), представляющий собой среднее значение прочности бетона, устанавливаемое лабораториями заводов и строек на определенный контролируемый период в соответствии с достигнутой однородностью бетона по прочности, по которому подбирается состав бетона и которое поддерживается в производстве.

В качестве характеристике однородности бетона используют средней коэффициент вариации прочности υ п по всем партиям за анализируемый период.

Прочность бетона в партии R m (МПа)

R m = ∑ п i =1 R i / n ,(7.15)

где R i единичное значение прочности бетона, МПа;n общее число единичных значении прочности бетонов в партии.

За единичные значения принимают среднюю прочность бетона в одной серии образцов или применении не разрушающих методов контроля.

Продолжительность анализируемого периода для определения характеристик однородности устанавливают от одной недели до двух месяцев. Число единичных значений прочности бетона за этот период должно быть более 30. по результатам испытания вычисляют среднеквадратическое отклонение S m икоэффициент вариации υ m прочности для всех видов нормируемой прочности бетона.

Для сборных конструкций допускается коэффициент υ m для прочности бетона в проектном возрасте не вычислять, а принимать меньше на 15 % по сравнению сυ m отпускной прочности.

При числе единичных значений прочности в партии n> 6,S m (МПа) вычисляют по формуле:

S m = . (7.16)

Если п = 2...6, то s m = w m / a , где w m - размах единичных значений прочности в контролируемой партии, МПа, определяемый как разность между максимальным и минимальным единичными значениями прочности, а - коэффициент, зависящий от n :

Значение n 2 3 4 5 6

Значение a 1,13 1,69 2,06 2,33 2,50

Коэффициент вариации прочности бетона υ m (%) в партии

υ m = (S m / R m )100. (7.17)

Средний коэффициент вариации прочности бетона υ n за анализируемый период

(7.18)

где υ mi коэффициент вариации прочности в каждойi -й изN проконтролированных в течение анализируемого периода партий бетона;n i – число единичных значений прочности бетона в каждойi -й изN партий бетонадолжно быть более 30.

Требуемую прочность бетона (отпускную, передаточную, в промежуточном и проектном возрастах) при нормировании прочности по классам вычисляют по формуле:

R т = k т R н , (7. 19)

где k т коэффициент требуемой прочности, принимаемый по табл. 7.5 в зависимости от коэффициента вариацииυ п ;R н нормированное значение прочности бетона, МПа (отпускной, передаточной, в промежуточном и проектном возрастах), для бетона данного класса.

Таблица 7.5. Значение коэффициента требуемой прочности

Средний для контролируемого периода уровень прочности R у , МПа (отпускной, передаточной, в промежуточном и проектном возрастах):

R у = k мп R т , (7.20)

где k мп коэффициент, принимаемый в зависимости от υ п:

υ п, %................<6 6…7 7…8 8…10 10…12 12…14 >14

k мп …………1.03 1.04 1.05 1.07 1.09 1.12 1.15

Для тяжелого и легкого бетона k мп должен приниматься не более 1,1, для плотного силикатного бетона – не более 1,13.

В начальный период до накопления необходимого для ведения статистического контроля числа результатов испытаний требуемая прочность:

R т = 1,1 R н/ k б .

где k б – коэффициент, принимаемый для всех бетонов (кроме ячеистого и плотного силикатного) 0,78, для ячеистого – 0,7, для плотного силикатного – 0,75.

Понятие «класс бетона» было введено в 1986 г. Этот показатель определяет такую характеристику материала, как его стандартная прочность. Однако существовавшее раньше понятие марки допускается ГОСТ26633-91 до сих пор.

Как определяется марка

Марка бетона - прочность на сжатие кубиков из раствора с длиной ребра в 15 см. Перед началом испытаний они твердеют в течении 28 дней при обычных условиях. При заливке кубиков бетон обязательно штыкуется для удаления пузырьков воздуха. Полученные результаты прочности на сжатие округляются в меньшую сторону. Обозначается марка буквой «М». Далее идет цифра, показывающая прочность кубика в кгс/см 2 . Иногда вместо кубов берут цилиндры диаметром в 15 см и высотой в 30 см. ГОСТы допускают и другие размеры образцов. В то время как класс бетона отражает показатель минимальной прочности (с возможной погрешностью в 13.5%), марка показывает лишь среднюю.

Какие марки бетона по прочности встречаются

На настоящий момент выпускаются марки от М50 до М1000. В строительстве чаще используется материал М100-М350. В личном же домостроении наиболее популярным считается М300.

Вот таким образом могут использоваться разные марки бетона по прочности:

• М100, как не особенно прочный, используется только для подготовительной проливки котлованов под фундамент. Иногда его применяют как связующее при кладке
• М150 может быть использован для изготовления стяжек пола, заливки подъездных дорожек и заливки фундаментов под маленькие сооружения.
• М200 применяют при возведении свайных и ленточных оснований под дом. Используют его и для изготовления лестниц, дорожек и площадок.
• М250 используется для устройства более надежных оснований под дома.
• М300 - как уже упоминалось, самая часто используемая марка бетона. Используется для заливки перекрытий, возведения заборов.
• М350. Используется для заливки монолитных стен, ригелей, колонн и перекрытий. Эта же марка неплохо подходит для возведения чаш бассейнов. Именно из такого бетона изготавливаются аэродромные полосы.
• Из бетона марки М400 изготавливаются сейфы и т. д. В частном домостроении такой материал практически не используется из-за дороговизны.
• М450-500 также применяют при возведении мостов, дамб, туннелей, плотин.

Классы бетона

Класс бетона - более точный показатель. Обозначается он буквой «В». Цифра за ней показывает давление, которое может выдержать материал в Мпа с точностью до 95%. Полный диапазон используемых в промышленности и строительстве классов бетонов 3.5-80. Далее представляем вашему вниманию небольшую таблицу соответствия наиболее популярных классов и марок:

От чего может зависеть прочность материала

Класс прочности и марка бетона могут зависеть от разных факторов. На качество смеси влияют самые разные параметры. Прежде всего это, конечно, количественное соотношение цемента и наполнителя. Чем больше первого и меньше второго, тем прочнее получится залитое изделие. В качестве наполнителя как в частном, так и в промышленном строительстве обычно используется песок. Прочность бетона зависит в том числе и от его характеристик. Чем мельче наполнитель, тем она ниже. Разумеется, на прочность бетона влияет и марка самого цемента. Факторами, способными привести к снижению марки бетона, могут быть:

• наличие в смеси органических примесей;
• наличие пылевых компонентов;
• примеси глины.

Помимо всего прочего, прочность раствора зависит от количества добавленной в него воды. Чем ее меньше, тем большие нагрузки в последующем сможет переносить конструкция. Все дело в том, что избыток воды приводит к образованию в бетоне большого количества пор. Эти пузырьки и снижают его прочность.

Еще одним фактором, влияющим на способность бетона выдерживать сжатия и растяжения, является степень Наиболее прочными конструкции получаются в том случае, если раствор приготавливался с использованием специального оборудования. В частном домостроении замес обычно делают в небольшой бетономешалке. Прочность бетонной конструкции можно повысить также вибропрессованием уложенной смеси.

Предел прочности бетона на растяжение

Соотношение марки бетона и прочности - это, как уже упоминалось выше, способность кубика с гранью в 15 см выдерживать нагрузку на сжатие, выражаемую в кгс/см 2 . Дело в том, что этот показатель в строительстве наиболее значим. Ведь бетонные конструкции обычно несут на себе какую-нибудь нагрузку сверху. Примером могут служить швы кладки стен, столбы и ленты фундаментов, колонны опоры и т. д. Однако иногда нужно знать предел прочности бетона и на растяжение. Например, при строительстве резервуаров, или бассейнов. Этот показатель у бетона обычно не очень высок. Разрывается этот материал достаточно легко. Именно поэтому иногда при весеннем пучении трескаются фундаменты и стены, поскольку давление на них снизу и с боков неравномерно. Повышают прочность на расширение армированием. Предел прочности на расширение одинаков практически у всех марок бетона и составляет 15 кг/см 2 при расходе цемента в 300 кг/м 3 .

Как выбрать марку бетона

При составлении проекта на все конструктивные элементы сооружения должны быть указаны соответствующие марки бетона по прочности. ГОСТ и СНиП - это то, чем нужно руководствоваться при выборе. Конечно, при самостоятельном строительстве точно определить необходимую в том или ином случае марку бетона довольно проблематично. Неплохим выходом из ситуации может стать консультация со специалистом. Однако мастеров, сооружающих конструкции из бетона самостоятельно, у нас в стране достаточно. Поэтому вопрос о том, как замесить подходящую смесь, в большинстве случаев особой проблемой не считается. К примеру, для возведения фундамента на почве с хорошей несущей способностью на ровном участке обычно используется раствор из речного просеянного песка и щебня в соотношении 1х3х5. Примерно в такой же пропорции делают замес при использовании вместо щебня бутового камня.

В строительстве могут применяться самые разные марки бетона по прочности. Выбрать правильную - значит обеспечить максимальную надежность и долговечность сооружаемой конструкции. Соотношение цемент/песок, необходимое для получения той или иной марки бетона, можно посмотреть в специальных таблицах. Найти их несложно, информации в сети довольно много.

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