Содержание

сопротивление бетона

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Нормативные и расчётные характеристики

Так как вследствие неоднородности бетона и других случайных факторов действительная прочность бетона может существенно отличаться от среднестатистической Rm, в расчёт вводят показатели прочности, задаваемые с определённой надёжностью.

В качестве основных, базисных (контролируемых), характеристик бетона приняты нормативное сопротивление осевому сжатию призм (призменная прочность) Rbn со статистической обеспеченностью 0,95 или ее гарантированной доверительной вероятностью 95%, и нормативное сопротивление осевому растяжению Rbtn.

Нормативные значения призменной прочности бетона определяют по следующим зависимостям:

для тяжёлого (обычного), мелкозернистого и лёгкого

Таким образом, класс бетона В можно трактовать как нормативное сопротивление осевому сжатию эталонных образцов-кубов (кубиковая прочность) в отличие от Rbn, отражающего призменную прочность бетона.

Численные значения Rhn (с округлением) в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие приведены в табл. 1.14.

Нормативное сопротивление бетона осевому растяжению в случаях, когда прочность бетона на растяжение не контролируется, принимают в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие в соответствии с табл. 1.14, при контроле класса бетона по прочности на осевое растяжение — равным гарантированной прочности (классу) на осевое растяжение.

Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию — такая же характеристика, как и нормативное сопротивление, однако ее обеспеченность составляет: для расчета по предельным состояниям первой группы Rb — 0, 997, второй группы Rbser — 0,95.

Расчетные сопротивления бетона определяют путём деления нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надёжности по бетону при сжатии или при растяжении, учитывающие возможность понижения фактической прочности по сравнению с нормативными значениями, а также возможное отличие прочности бетона в конструкции от прочности в образцах. Такой подход к установлению определяющих надёжность конструкций расчётных сопротивлений называют полувероятностным. Указанные коэффициенты надёжности по бетону принимают равными:

для тяжёлого (обычного), мелкозернистого и лёгкого бетонов при сжатии = 1,3; при растяжении с контролем прочности = 1,3; без контроля прочности при растяжении = 1,5; для ячеистого бетона уЬс = 1,5; (контроль прочности ячеистого бетона при растяжении отсутствует).

Выше приведены были коэффициенты надёжности по бетону при расчёте конструкций по предельным состояниям первой группы.

Таким образом, значения расчётных сопротивлений для предельных состояний второй группы численно равны нормативным сопротивлениям бетонов — см. табл. 1.14. Это связано с тем, что наступление предельных состояний второй группы не столь опасно, как первой (обычно не влечёт за собой аварий, катастроф или человеческих жертв).

Более высокие значения коэффициентов надёжности для ячеистого бетона обусловлены повышенной изменчивостью его прочностных свойств, а также повышенной чувствительностью к технологии изготовления изделий (большим различием между прочностью бетона в конструкции и в контрольных образцах).

Как уже отмечалось выше, обеспеченное гь нормативного сопротивления и расчётного сопротивления для предельных состояний второй группы в каждой партии бетона должна составлять не менее 0,95, а расчетного сопротивления для предельных состояний первой группы — не мснсе 0,997.

Расчётные сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rb и Rhr следует умножать на коэффициенты условий работы бетона, учитывающие особенности свойств бетона, продолжительность действия нагрузки и её многократную повторяемость, условия и стадию работы конструкции, способ её изготовления, размеры сечения и т. п.

Расчетные сопротивления бетона для предельных состояний второй группы вводят в расчёт с коэффициентом условий работы, за исключением тех случаев, когда расчёт производят на действие многократно повторных нагрузок.

Численные значения расчётных сопротивлений (с округлением) в зависимости от класса бетонов по прочности па сжатие и осевое растяжение для предельных состояний первой и второй групп приведены в табл. 1.14 и 1.16.

Расчётные сопротивления бетона для предельных состояний первой группы (см. табл. 1.15 и 1.16) в определённых случаях следует умножать на коэффициенты условий работы.

Указанные коэффициенты в основном учитывают изменение свойств бетона, рассмотренные в разделе 1.1.2. Ниже перечислены коэффициенты и условия, при которых их необходимо учитывать.

1) — учитывает снижение прочности бетона при действии многократно повторных нагрузок; числовые значения можно принимать по табл. 1.18; учитывают при расчёте на выносливость и по образованию трещин;

2) уb2 учитывает длительность действия нагрузок, т. е. различие между кратковременным и длительны ч сопротивлением бетона, а также влияние нарастания прочности бетона во времени:

а) при учёте постоянных, длительных и кратковременных нагрузок, кроме нагрузок непродолжительного действия, суммарная длительность действия которых за период эксплуатации мала (например, крановые нагрузки; нагрузки от транспиртныхсредств; ветровые нагрузки; нагрузки, возникающие при изготовлении, транспортировании и возведении и т. п.), а также при учёте особых нагрузок, вызванных деформациями просадочных, набухающих, вечномерзлых и подобных грунтов для тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов естественного твердения и подвергнутых тепловой обработке; в условиях эксплуатации конструкций, благоприятных для нарастания прочности бетона (например, под водой, во влажном грунте или при влажности воздуха окружающей среды выше 75 %) = 1.00; в остальных случаях = 0,90; для ячеистого и поризованного бетонов независимо от условий эксплуатации = 0,85;

б) при учёте в рассматриваемом сочетании кратковременных нагрузок непродолжительного действия (суммарная длительность которых мала — см. выше) или особых нагрузок, кроме указанных в п.2а, для всех видов бетона и вне зависимости от условий эксплуатации . = 1,10; коэффициент учитывают при расчёте по прочности; если при учёте особых нагрузок вводят дополнительный коэффициент условий работы согласно указаниям соответствующих нормативных документов (например, при учёте сейсмических нагрузок), следует принять . = 1,00;

3) yb3 — учитывает изменение плотности и прочности бетона по высоте вертикально бетонируемых элементов; численные значения принимают при высоте слоя бетонирования более 1,5 м для бетонов: тяжёлого, мелкозернистого и лёгкого уb3 = 0,85; ячеистого и поризованного уb3 = 0,80;

4) Уb4 учитывает влияние двухосного сложного напряжённого состояния сжатие-растяжение на прочность бетона; численное значение коэффициента определяют по формуле (5.48);

5) уb5 – учитывает повышенное влияние дефектов (раковин, недоуплотнения и др.) в сечениях небольших размеров; при бетонировании монолитных бетонных столбов и железобетонных колонн с наибольшим размером поперечного сечения менее 300 мм = 0,85;

6) уb6 учитывает влияние попеременного замораживания и оттаивания на прочность бетона; численные значения коэффициента принимают по табл. 1.21;

7) уb7 — учитывает снижение прочности бетона при длительном его нагреве до температуры около 50 °С в сухом жарком климате; при эксплуатации конструкций, не защищённых от солнечной радиации, в климатическом подрайоне = 0,85;

уЬ8 — учитывает кратковременность процесса предварительного обжатия и пониженные потери преднапряжения при расчёте на прочность в стадии обжатия: для конструкций из лёгкого бетона с проволочной арматурой = 1.25; для конструкций из остальных видов бетона с той же арматурой = 1.10; для конструкций из лёгкого бетона со стержневой арматурой = 1.35; для конструкций из остальных видов бетона с той же арматурой = 1.20;

9) уb9 — учитывает несовершенство существующих способов оценки неупругих свойств бетона в неармированных конструкциях

10) уb10 — учитывает повышенную хрупкость высокопрочных бетонов;

11) уb11 — учитывает влияние влажности ячеистого бетона на его прочность;

12) yb12 — учитывает связанные условия поперечного расширения бетона в шве при замоноличивании стыков (ограничения, накладываемые сопрягаемыми конструкциями); при толщине шва замоноличивания стыков сборных элементов менее 1/5 наименьшего размера сечения элемента и менее 100 мм = 1,15.

Для отдельных видов лёгкого бетона допустимо принимать иные значения расчётных сопротивлений, согласованные в установленном порядке.

Для бетона на глинозёмистом цементе и поризованного нормативные и расчетные сопротивления его растяжению снижают на 30% против значений, приведенных в табл. 1.14 и 1.15.

Начальный модуль упругости бетона Еb при сжатии и растяжении принимают по табл. 1.18 и 1.19. Для бетонов, работающих в условиях попеременного замораживания и оттаивания, приведенные в этих таблицах значения Еb следует умножать на коэффициент уb6.

Для незащищенных от солнечной радиации конструкций, предназначенных для эксплуатации в климатическом подрайоне IVA согласно СНиП 2. 01. 01-82, значения Eh, указанные в табл. 1.18 и 1.19, следует умножать на коэффициент 0,85.

лёгких бетонов определяют с учетом отпускной объёмной влажности по формуле D + 10w, где величину w принимают равной: для лёгкого бетона класса В10 и ниже = 15% ; для поризованного бетона тех же классов = 20%; для лёгкого бетона класса В12,5 и выше = 10%.

Расчетное и нормативное сопротивление бетона

Любое изделие из бетона должно выдерживать существенные нагрузки и при этом не поддаваться разрушительному воздействию внешних факторов. Параметры конструкций, при создании которых используется бетон, определяются еще во время проектирования. Перед началом проведения работ специалисты устанавливают расчетное сопротивление бетона.

Строители утверждают, что бетонные конструкции делаются из неоднородного стройматериала. Прочность нескольких образцов, при изготовлении которых использовалась одна и та же смесь, может быть совершенно разной. Именно поэтому перед специалистами встает вопрос определения прочности при помощи расчетных данных. За счет этих значений определяется сопротивление бетона сжатию. Что собой представляют расчетные показатели, и каким образом можно их определить? Какие дополнительные параметры и характеристики важно учитывать при проведении строительных работ?

Что такое расчетное сопротивление?

Специалисты получают показатели сопротивления строительного материала, разделяя нормативные сопротивления на коэффициенты. При определении прочности деталей конструкций к расчетному сопротивлению некоторых бетонных растворов иногда уменьшают либо увеличивают за счет умножения на определенные коэффициенты, учитывающие ряд факторов: многократные нагрузки, длительность воздействия нагрузок, способ изготовления изделия, его размеры и пр.

Как производить расчеты?

Каким образом нужно производить расчеты прочности конструкции, например, на ее сжатие? С этой целью строители используют специальные расчетные показатели. Для обеспечения достаточной устойчивости бетонных изделий при проведении расчетов, пользуются параметрами прочности стройматериала, которые чаще всего ниже параметров самих конструкций. Такие значения именуют расчетными. Они зависят непосредственно от нормативных (фактических) значений.

Нормативные показатели

Несколько десятилетий тому назад основным показателем прочности бетонных конструкций была их марка. При помощи данного параметра обозначают среднюю устойчивость стройматериала на сжатие. Однако после появления новых Строительных норм и правил возникли и классы прочности изделий на их сжатие.

Класс — нормативное сопротивление стройматериала осевому сжатию кубов, эталонные размеры которых составляют 15 на 15 на 15 сантиметров. Стоит отметить, что пользоваться средними расчетными показателями прочности рискованно, поскольку существует вероятность, что в одном из сечений конструкции этот параметр может оказаться ниже. Вместе с тем выбирать наименьший показатель накладнее, ведь это неоправданно увеличит сечение изделия.

Главным параметром долговечности в бетоне считается класс. В то же время помимо сжатия, значение придается и осевому растяжению. Растяжение учитывается при проведении расчетов. Таким образом, устойчивость к этому показателю (если показатель не может контролироваться) строители определяют по классу B. Для этого существует специальная таблица, в которой указаны необходимые значения с сопротивлением. В таблице указан класс и устойчивость изделий к растяжению.

Характеристики расчетного значения

Чтобы сделать надежные и долговечные конструкции, рассчитывают значения с запасом. Для получения этого значения строители прибегают к удельным сопротивлениям изделий: они разделяют их на коэффициент. Сопротивление стройматериала растяжению либо сжатию вычисляют при помощи формулы, которая выглядит следующим образом: R = Rn /g (g – коэффициент прочности). Чаще всего этот параметр равняется одному. От однородности материала зависит величина коэффициента. При этом выполнять соответствующие расчеты необязательно, поскольку получить необходимые параметры можно при помощи таблицы.

Другие характеристики

Помимо вышеуказанных параметров для выполнения определенных расчетов, понадобится ряд дополнительных характеристик:

Определение удельного электрического сопротивления бетонного раствора может понадобиться, если вы решили самостоятельно осуществить обогрев смеси при помощи электродов. И чем больше показатель, тем сильнее будет нагреваться цементный раствор.
Влагопроницаемость смесей позволяет определить самое сильное давление жидкости, которому способен противостоять стройматериал. Иными словами, это значение показывает, может ли влага проникнуть сквозь бетон. Водонепроницаемыми марками считаются с W2 по W20. При этом цифры указывают на давление воды, которое способна выдержать конструкция.
Воздухонепроницаемость бетонного состава будет зависеть от прочности изделия. Согласно государственному стандарту, сопротивление бетона проникновению воздуха составляет 3-130 с/см3.
Морозоустойчивость позволяет конструкциям из бетона выдерживать многократное замерзание, оттаивание с сохранением свойств. На рынке строительных материалов представлены марки F50-F1000 (цифры означают число циклов, которые выдерживает строительный материал). Как показывает практика, в среднем морозостойкость изделий равна показателю F200.
Теплопроводимость – важная характеристика изделий, от которой будет зависеть плотность строения. Материалы, содержащие больше пор, обладают меньшей теплопроводностью, поскольку воздух, который их заполняет, является прекрасным теплоизолятором. Лучше всего теплоизоляцию обеспечивают газоблоки или пеноблоки, в структуре которых есть множество пор.

Вернуться к оглавлению

Заключение

Прочность изделий способна отличаться в зависимости от компонентов, входящих в состав материала и их пропорций. Также это объясняется тем, что стройматериал представляет собой неоднородную смесь. Вне зависимости от способа перемешивания бетонного раствора, невозможно равномерно распределить компоненты. Поэтому при проведении работ необходимо учитывать расчетное сопротивление.

Этот параметр является важным для проектирования несущих стен и других конструкций. Расчеты значений просты: они сводятся к делению нормативных значений на определенные коэффициенты.

Показатели и методы тестирования расчетного сопротивления бетона

Строители знают, что прочностные характеристики бетонного раствора могут отличаться в пределах всех образцов, которые используются для тестирования смеси одной партии. Это связано с тем, что бетон является неоднородной массой. И как бы вы не старались хорошо его смешать, стопроцентной равномерности распределения компонентов добиться невозможно.

Поэтому вопрос, как рассчитать прочность бетонной смеси, встает в этой ситуации сам собой. Для этого обычно используют так называемые расчетные значения. И в данном конкретном случае это будет расчетное сопротивление бетона.

Характеристики

Неспециалист в области строительства может не понять, по какому принципу разделяются характеристики бетона (имеются в виду прочностные). То есть, что такое расчетные значения, а что такое нормативные.

Так вот, расчетные показатели должны быть ниже фактических, которые определяются прочностью готовой конструкции. А сами фактические показатели и являются нормативными. Взаимосвязь между двумя показателями прямая.

Нормативные показатели

До 1984 года качество бетона определялось одним единственным показателем (характеристикой) – это его прочность, которая обозначалась буквой «М». Данный показатель определял временную устойчивость бетонного раствора на сжатие. С 2001 года специалисты ввели новый норматив (СНиП 2.03.01), который вводил новое разделение бетона по классам. В основе этой классификации лежала прочность по осевому сжатию.

По сути, данная характеристика определялась сопротивлением бетона сжатию. Тестирование, как обычно, проводилось на эталонных кубах из бетонного раствора размерами 15×15х15 см. При этом точность проводимого теста доходила до 95%. То есть вероятность риска всего лишь 5%.

Обратите внимание, что в расчетах не используется средняя величина полученных результатов. Все дело в том, что в данном случае присутствует вероятность 50/50, что в опасном месте конструкции прочность бетона окажется ниже средней.

Нижнюю величину тестирования также брать не стоит. Это обязательно приведет к увеличению стоимости бетонных работ за счет использования бетона высокой марки и увеличения размеров самой конструкции. Поэтому прочность бетона сегодня определяется его классом. Кстати, обозначается класс буквой «В». Но не забывайте, что учитывается не только сопротивление бетона сжатию, но и устойчивость к растяжению. Чтобы не быть голословными, приведем таблицу взаимосвязи класса бетона и показателя устойчивости к растяжению.

Из таблицы видно, что чем выше класс материала, тем выше показатель устойчивости к растяжению.

Расчетные показатели

Выше уже говорилось о том, что для обеспечения надежности бетонной конструкции необходимо выполнить расчет, в который закладывается определенный запас прочности. Так вот, именно этот запас и является гарантией прочности. Чтобы его получить, необходимо удельное сопротивление бетонной смеси разделить на определенный коэффициент. Обычно этот коэффициент имеет показатель 1,3. Но при расчетах нередко учитывается однородность самого раствора. И чем она ниже, тем выше коэффициент.

Еще одна таблица соответствия класса материала расчетному сопротивлению бетона. Нет необходимости сегодня проводить расчеты. Все давно рассчитано и занесено в таблицы, которые находятся в свободном доступе.

Виды тестирования образцов

Начнем с того, что прочностные характеристики бетона определяются его классом и маркой. Но чем отличаются эти два термина друг от друга? Отличие одно – марка не учитывает колебания характеристики прочности по всему объему бетонного раствора в конструкции. Класс это учитывает.

Поэтому самым важным показателем является прочность при сжатии. А расчетное сопротивление бетона сжатию является его основным свойством.

Но тут нормативные характеристики определяются тестами, в которых используются опытные образцы в виде кубиков или призм. Об этом уже упоминалось выше.

Кубиковая прочность

Что показывают опыты? Оказывается, что использование опытных образцов разных размеров и форм дают разные показатели, которые сильно расходятся с номиналом.

К примеру, если прочность раствора, залитого в куб с размерами 150×150х150 мм (это так называемый базовый кубик), равна определенному показателю, обозначим его буквой «R», то при использовании куба с размерами 200×200х200 мм прочность материала падает на 7%. То есть становится равной 0,93R. Уменьшая размеры куба до 100×100х100 мм, получаем значение прочности – 1,1R.

Призменная прочность

Но самое главное то, что бетонные конструкции, используемые в строительстве, далеки от форм куба. Так что при определении прочностных характеристик лучше всего использовать тестирование с помощью призмы. Опыты показали, что призменная прочность ниже, чем кубиковая. Но она уменьшается и в том случае, если высота призмы увеличивается.

Специалисты говорят о том, что оптимальный вариант для определения расчетного сопротивления бетона – это использовать призму, в которой соотношение ее высоты к ребру основания равно 4. При этом нормативное сопротивление бетона стабилизируется, и если сравнивать его с кубиковым показателем по сжатию, то оно меньше приблизительно на 25%.

То есть получается так, что для опытных кубиков оптимальный размер 150×150х150 мм, а для призм соотношение высоты и ребра должно быть равно 4. Почему уменьшается показатель прочности с изменением размеров испытуемых образцов? Все дело в силе трения, которая действует по торцам образцов. И чем больше размеры, тем ниже сила трения.

Условия тестирования

Бетонный раствор заливается в подготовленные формы – куб или призма. При этом тестирование должно производиться при положительной температуре 18-20 C°. Затвердевшие изделия должны простоять 28 дней, в течение этого времени они приобретут заявленную марочную прочность.

После чего образцы устанавливают на пресс, где и производится осевое сжатие. Все показания записываются. Для расчетного сопротивления бетона на растяжение или сжатие берется максимальный показатель. После чего полученный результат умножается на коэффициент. Как уже было сказано выше, для прочности по сжатию берется коэффициент 1,3, по растяжению – 1,5.

Таким образом, получается расчетное сопротивление или нормативное.

Другие варианты испытаний

Есть еще два способа испытать бетон на прочность и устойчивость к сжатию и растяжению.

С помощью кернов.
С помощью специальных инструментов.

Первый из двух способов самый трудоемкий и сложный в исполнении. Для этого необходимо из уже готовой бетонной конструкции выбурить керн (конусовидный образец), который подвергается тем же испытаниям на прессе, что куб и призма. Используют его сегодня редко, потому что нарушение целостности конструкции, снижает ее прочность и надежность.

Тестирование с помощью инструментов

Второй вариант связан с использование специальных градуированных инструментов (к примеру, молоток Кашкарова). С их помощью напрямую определить прочность изделия невозможно. Для этого тестируется бетонная конструкция на основе ее других свойств, которые переводятся в прочностные показатели. Здесь несколько методов.

Метод пластической деформации.
Способ отскока.
Ударного импульса.
Скалывание с учетом отрыва куска от массы бетонного раствора.
Отрыв стальных дисков.
Ультразвук.

Метод деформации и отскока

К первому варианту, кстати, относится определение прочности молотком Кашкарова. Им ударяют по бетонной поверхности, где остается от стального шарика след (углубление). Размеры следа и переводят в прочностные характеристики. Для чего используется специальная таблица.

Во втором варианте используется склерометр Шмидта. При этом учитывается расстояние отскока рабочего органа инструмента от испытуемой поверхности.

Измерение импульса и скалывание

Третий вариант основан на измерении выделяемой энергии при ударе рабочего органа инструмента о бетонную поверхность конструкции. На сегодняшний день это самый распространенный вариант определения прочности бетона и его сопротивления, который используется в России. Чаще всего для этого применяется прибор ИПС.

Четвертый вариант основан на определении силы, прикладываемой к ребру конструкции. Максимальное ее значение при отрыве куска от массы и определяет сопротивление бетонной конструкции. Прилагать усилие можно не только к ребру. Можно в плоскость забить анкер и прилагать усилия к нему.

Применение стальных дисков и ультразвука

Пятый вариант. Для этого к поверхности изделия крепится стальной диск, который отрывается от него. При этом составляется соотношение площадей отрыва плоскости и самого диска. Скажем прямо, не самый эффективный способ.

Шестой – это использование ультразвука. Скорость прохождения его сквозь массу бетона определяет сопротивление последнего. Этот вариант дает возможность определить характеристики материала не только на поверхностных слоях, но и внутри по всей массе.

Сопротивление бетона на сжатие.

Классы и марки бетона. Кубиковая и призменная прочность бетона. Расчетное

сопротивление бетона на сжатие.

Основными показателями качества тяжелого бетона являются прочность на сжатие и растяжение, морозостойкость и водонепроницаемость.
Прочность бетона в проектном возрасте характеризуют классами прочности на сжатие и осевое растяжение. Отличительная особенность бетонных работ – значительная неоднородность получаемого бетона. Чем выше культура строительства, лучше качество приготовления и укладки бетона в конструкции, тем меньше колебания прочности. Следовательно, важно не только получить бетон заданной средней прочности, но и обеспечить ее во всем объеме изготовляемых конструкций.
Показателем, который учитывает возможные колебания качества, является класс бетона. Класс бетона – численная характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью (обычно 0,95). Это значит, что установленное классом свойство, например прочность бетона, достигается не менее чем в 95 случаях из 100.
Понятие «класс бетона» позволяет назначать прочность с учетом ее фактической или возможной вариации. Чем меньше изменчивость прочности, тем выше класс бетона при одной и той же его средней прочности.
ГОСТ 26633-91 устанавливает следующие классы тяжелого бетона по прочности на сжатие: В3,5; В5; В7,5; BIO; B12,5; B15; В20; В25; В30; В35; B4Q- В45; В50; В55; В60; В65; В70; В75 и В80.
В соответствии со стандартом СЭВ 1406—78 класс является основным показателем прочности бетона. Для изделий и конструкций, запроектированных без учета требований этого стандарта, прочность бетона характеризуют маркой. Марка бетона — зто численная характеристика какого-либо его свойства, рассчитываемая как среднее значение результатов испытания образцов. При определении марок по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости принимают нижнее предельное значение свойств, а марку по средней плотности — по верхнему предельному значению. В отличие от класса марка бетона не учитывает колебаний прочности во всем объеме бетонируемой конструкции.

Из всех прочностных характеристик бетона наиболее просто определяется его прочность при сжатии, а высокое сопротивление бетона сжатию является его ценным свойством, используемым в железобетонных конструкциях. Поэтому за основную характеристику прочностных и деформативных свойств бетона принята его прочность на осевое сжатие.

Для оценки кубиковой прочности применяют раздавливание на прессе изготовленных в тех же условиях, что и реальные конструкции кубов бетона. За стандартные образцы принимают кубы размерами150х150х150 мм, испытание которых происходит при температуре 20 ± 2 ºC через 28 дней твердения в нормальных условиях.

Опытами установлено, что прочность бетона одного и того же состава зависит от размера куба: если кубиковая прочность бетона для базового куба с ребром 150 ммравно R(рис. 2.4),то для куба с ребром 200 ммоно уменьшается до 0,93R, а для куба с ребром 100 мм– увеличивается до 1,1R. 

Поскольку железобетонные конструкции по форме отличаются от кубов, в расчетах

их прочности не может быть непосредственно использована кубиковая прочность бетона.

Основной характеристикой прочности бетона сжатых элементов является

призменная прочность Rb.

Опыты на бетонных призмах со стороной основания а и высотой h показали, что

призменная прочность Rb меньше кубиковой R и она уменьшается с увеличением

При h/a=4 призменная прочность становится почти стабильной и равной примерно

Rb ≈ 0,75 ´ R. Как и для кубиков, это явление объясняется различной степенью влияния

сил трения по торцам образцов – чем больше размер образца и больше расстояние между

его торцами, тем меньше влияние сил трения. Влияние гибкости бетонного образца

становится ощутимым при h/a =8.

Кривая, приведенная на рис. 2.6, иллюстрирует зависимость Rb/R от h/a по

усредненным опытным данным.

Таким образом, призменная прочность Rb – это временное сопротивление

осевому сжатию призмы Rbu с отношением сторон h/a=4.

Основными прочностными характеристиками бетона являются нормативные значения:

– сопротивления бетона осевому сжатию R_b,n;

– сопротивления бетона осевому растяжению R_bt,n;

Нормативные значения сопротивления бетона осевому сжатию (призменная прочность) и осевому растяжению (при назначении класса бетона по прочности на сжатие) принимают в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие В согласно таблице 5.1.

При назначении класса бетона по прочности на осевое растяжение В_t нормативные значения сопротивления бетона осевому растяжению R_bt,n принимают равными числовой характеристике класса бетона на осевое растяжение.

Расчетные значения сопротивления бетона осевому сжатию R_b и осевому растяжению R_bt определяют по формулам:

;

Расчетное сопротивление бетона сжатию: что обозначает этот показатель и для чего он нужен

Расчетное сопротивление бетона сжатию – одна из ключевых характеристик, которые необходимо учитывать при проектировании какой-либо конструкции из данного материала, и в начале любого строительства. При этом, нужно обращать на нее внимание не только профессионалам, но и обычным мастерам-подсобникам, решившимся на возведение дома своими руками.

Определения

Прочность – основное качество, которое точно описывает его несущую способность. Определяется она пределом на сжатие – это наивысший предел нагрузки, при котором наступают разрушения образца. И это основной показатель, который и учитывают при его использовании.

Расчетное сопротивление – это показатель стойкости материала нагружающим воздействиям. Используется он при проектировочных расчетах, и неотъемлемо связан с нормативными показателями сопротивления сжатию.

До 2000−х годов ориентировались только на марки материала, которые и принимали как расчетный показатель, но по новым техническим документам, каждой марке присвоен новый критерий соответствия образца сжимающим нагрузкам.

Он выявлен в лабораторных условиях, узаконен специалистами и отражен в СП 52−101−2003. Согласно этому техническому документу, нормативное сопротивление материала осевому сжатию – это и есть класс на сжатие, заданный с 95%-ой обеспеченностью. Условие означает, что оно выполняется в 95% тестируемых случаев, и только в 5% может отклоняться от установленных показателей.

Но даже такой процент доказывает, что пользоваться при проектировании средними расчетными показателями неоправданно рискованно. А при выборе наименьшего значения, увеличится сечение конструкции или изделия, что в свою очередь отразится на перерасходе денежных и энергоресурсов.

Согласно СП 52−101−2003, нормативные значения сопротивления представлены на фото ниже.

Есть еще такое определение, как предел прочности на растяжение. По своей природе, данный материал в разы хуже выдерживает растягивающие нагрузки. Поэтому его и армируют в ЖБИ, стяжках пола большой толщины, фундаментах и прочее.

При расчетах используют в приоритете показатель при сжатии. В принципе, любое изделие или конструкция, испытывают большие нагрузки именно от сжимающих статических или динамических воздействий. Но сопротивление к изгибающим воздействиям учитывают при проектировании. В таких случаях, просто пользуются таблицей соответствия классов.

Таблица 6.7 из СП 63.13330.2012″СНиП 52-01-2003, в которой указаны марки сопротивление к сжатию, растяжению.

От прочности в срезе при скалывании, зависит устойчивость к сжатию от корреляционных показателей.

Примечание. Сопротивление сжатию В25 наиболее часто встречающийся показатель при проектировании материала.

Осевое сжатие. Расчеты и значения

При расчетах нужно учитывать, что класс (В) напрямую зависит от его средней прочности R, МПа. Соответственно, используется следующая формула:

В= R (1−tV), где, t – класс обеспеченности, заложенный при проектировании, в основном берут значение 0,95, соответственно t=1,64; V – коэффициент вариации прочности. 1 – постоянная.

Если в расчетах использовался нормативный коэффициент V = 13,5% (0,135), то средняя прочность равна R = В/0,778.

Другое дело, когда рассчитываются всевозможные железобетонные конструкции. Особо тщательно просчитывается граничная высота оговариваемой зоны. Она выражает такую высоту, при которой перед разрушением напряжения в сжатом материале и растянутой арматуре, достигают своих максимальных значений одновременно. Только при таком условии можно считать сечение нормально армированным.

Согласно СНиП 2.03.01 – 84, высота зоны формула:

При этом относительная высота этой зоны (таблица), используется для определенного изделия своя. Их можно найти в нормативных документах, и применять данные при расчетах. В принципе, представленная информация вкратце разъяснила, что представляет собой зона сжатия и сопротивление осевому сжатию.

Методы определения прочности по контрольным образцам бетона

Разобравшись с тем, что такое сопротивление материала на сжатие, рассмотрим основные методы определения данного показателя.

Испытание бетона разрушающим способом

Проверка на сжатие проводится, как правило, в аккредитованных строительных лабораториях на поверенном оборудовании. Главное, что для него понадобится − пресс.

Также будут необходимы точные лабораторные весы, штангенциркуль и испытуемые образцы. Последние готовятся заранее из нужной партии. Форма стандартная – куб со сторонами 10 см. Согласно техническим документам, используют от 3 до 5 штук образцов для одной партии.

Совет. Изначально их нужно подготовить, отчищая от загрязнения и взвешивают для определения соответствия плотности, веса и проектной марки материала. Если эти значения в норме, то на 95% можете быть уверены в должном уровне устойчивости.

Абсолютно ровными гранями образец устанавливается на пресс, включается и начинается проверка. Максимальная нагрузка, при которой началось разрушение образца – это и есть предельное сжатие.

Среднее значение устанавливается по результатам контроля всех отобранных образцов. По конечной цифре определяется, соответствует или нет фактическая прочность нормативным и проектным значениям. После чего она заносится в журнал.

Галерея: процесс испытания разрушающим методом с помощью пресса.

Более подробная инструкция по тестированию бетонных образцов, представлена в видео в этой статье.

Контроль неразрушающими методами

Предыдущий метод обязателен на любом строительном производстве и на любом этапе строительства.

Он считается наиболее достоверным:

На результаты протоколов, лабораторных разрушающих исследовании, опираются конструкторы и архитекторы при возведении зданий и изготовлении железобетонных изделий.
Когда же нет возможности определить прочность образцов разрушающим методом, или же требуется через определенное время повторный анализ характеристик, используют специальные устройства.
Они необходимы для того, чтобы протестировать материал на сжатие непосредственно на месте. Одним легким нажатием они определяют числовое значение и при желании другие необходимые характеристики, касающиеся однородности и уплотнения тела материала.
Существует масса подобного оборудования, но наиболее распространённый в строительных кругах – прибор ИПС − МГ различной модификации. Он прост в использовании, точен и цена на него вполне доступна.

Преимущественно его используют на строительной площадке. Этот электронный измеритель позволяет в короткие сроки определить показатели плотности, прочности и упруго−пластические свойства методом ударного импульса. Этот способ хоть и не является приоритетным, но все же, предусмотрен ГОСТ 22690.

Совет. Обязательно перед «простреливанием» бетона необходимо выбрать или подготовить поверхность. Она должна быть ровной без шероховатостей, вмятин, пустот, трещин и прочих дефектов площадью не меньше 100 см 2 . При необходимости нужно зашкурить поверхность.

Количество участков должно приниматься по программе испытаний, но их должно быть не менее трех. Обычно для объемной железобетонной конструкции берут среднее значение 15 проб.

Это количество зависит от площади, так как точки контроля должны находиться на расстоянии друг от друга 15 мм и от края не менее 50 мм. Идеальные места – между гранулами щебня и крупными раковинами в бетонном теле.

Чтобы провести тестирование конструкции, необходимо:

включить прибор, при этом он сразу будет в режиме испытания;
ввести данные об испытываемом материале;
взвести рычаг на «пистолете»;
плотно прижать перпендикулярно к тестируемой поверхности и отпустить рычаг;
на табло появится результат, он запоминается с последующими испытаниями;
после 15 проб выводится автоматически среднее значение, если количество «прострелов» меньше, то можно заранее просмотреть средний результат.

Чем хорош такой прибор – все данные на нем могут сохраняться на компьютере и архивироваться. В любой момент можно просмотреть предыдущие испытания на компьютере и составить протокол.

Другие характеристики бетона

Прочность на сжатие – это не самостоятельная характеристика. Она, как и прочие, зависима от многих обстоятельств и других свойств материала.

От чего зависит прочностной показатель бетона

качество компонентов, а именно, активность и прочность цемента, чистота и правильность выбора модуля крупности заполнителя, химический состав воды, верность подбора пластифицирующих добавок;

оптимальный подбор состава, отвечающий главному девизу технологов ЖБИ: «максимальное качество при минимальной себестоимости»;
теловлажностный режим обработки изделий;
верность проведения испытаний образцов в лаборатории;
правильный алгоритм снятия с напряжения ЖБИ;
последующая выдержка изделий при определенных условиях.

Если при измерении прочности, марка на сжатие по факту оказалась намного ниже нормативной, обязательно пересмотрите качество изделия по вышеперечисленным пунктам, чтобы выявить причину брака.

Какие показатели нужно предусмотреть вместе с расчетной прочностью бетона

Прочность – основной, но далеко не единственный показатель качества материала, на который нужно опираться при его проектировании.

Также необходимо учитывать следующие значения:

Морозостойкость и водопроницаемость – от них напрямую зависит насколько долговечным будет бетонное изделие или конструкция. Чем выше марка по морозостойкости и водопроницаемости, тем лучше. Узнать ее соответствие определенным маркам по прочности, можно из технических документов, или из таблицы ниже.

Теплопроводность и воздухопроницаемость напрямую влияют на то, насколько теплым и комфортным будет будущее строение. Поэтому их тоже нужно учитывать. Причём, чем больше значение, тем холоднее материал.

Удельное электрическое сопротивление необходимо при дополнительном прогреве бетонной смеси. Чем выше будет показатель, тем лучше будет прогреваться смесь.

В статье мы рассмотрели такую характеристику, как расчетное сопротивление материала сжатию, и сопутствующие свойства, на нее влияющие. Это ключевая характеристика, на которую нужно опираться в строительных расчетах. Воспользоваться ей помогут технические документы, в которых прописаны все формулы и значения необходимых данных.

СНиП 2.06.08-87. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений

СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА

Бетонные и железобетонные конструкции

Дата введения 1988-01-01

РАЗРАБОТАНЫ ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева Минэнерго СССР (канд. техн. наук А. П. Пак – руководитель работ; А. В. Караваев; кандидаты техн. наук А. Д. Кауфман, М. С. Ламкин. А. Н. Марчук, Л. П. Трапезников, В. Б. Судаков; доктора техн. наук Л. А. Гордон, И. Б. Соколов) совместно с Гидропроектом им. С. Я. Жука Минэнерго СССР (А. Г. Осколков, Т. И. Сергеева; д-р техн. наук С. А. Фрид; С. А. Березинский) ; ГрузНИИЭГС Минэнерго СССР (д-р техн. наук Г. П. Вербицкий); Гипроречтрансом Минречфлота РСФСР (канд. техн. наук В. Э. Даревский); Ленморниипроектом Минморфлота СССР (канд. техн. наук А. А. Долинский): ВО Союзводпроект Минводхоза СССР (канд. техн. наук С. 3. Рагольский).

ВНЕСЕНЫ Минэнерго СССР.

ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Управлением стандартизации и технических норм в строительстве Госстроя СССР (Д. В. Петухов).

УТВЕРЖДЕНЫ постановлением Государственного строительного комитета СССР от 26 февраля 1987г. № 37.

С введением в действие СНиП 2.06.08-87 “Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений” с 1 января 1988 г. утрачивают силу СНиП II-56-77 “Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений”.

В СНиП 2.06.08-87 “Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений” внесены исправления опечаток, опубликованных в БСТ № 1 1989 года.

Исправления внесены юридическоим бюро “Кодекс”.

Настоящие нормы распространяются на проектирование вновь строящихся и реконструируемых бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, находящихся постоянно или периодически под воздействием водной среды.

Элементы бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, не подвергающиеся воздействию водной среды, следует проектировать в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84; бетонные и железобетонные конструкции мостов, транспортных туннелей и труб, расположенные под насыпями автомобильных и железных дорог, следует проектировать по СНиП 2.05.03-84.

В проектах сооружений, предназначенных для строительства в сейсмических районах, в Северной строительно-климатической зоне, в районах распространения просадочных, набухающих и слабых по физико-механическим свойствам грунтов, должны соблюдаться дополнительные требования, предъявляемые к таким сооружениям соответствующими нормативными документами, утвержденными или согласованными Госстроем СССР.

Основные буквенные обозначения и их индексы, принятые в настоящих нормах согласно СТ СЭВ 1565-79, приведены в справочном приложении 1.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. При проектировании бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений необходимо соблюдать требования СНиП 2.06.01-86 и строительных норм и правил по пpoeктиpoвaнию отдельных видов гидротехнических сооружений.

1.2. Выбор типа бетонных и железобетонных конструкций (монолитных, сборно-монолитных, сборных, в том числе предварительно напряженных и заанкеренных в основание) должен производиться исходя из условий технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения материалоемкости, энергоемкости, трудоемкости и стоимости строительства.

При выборе элементов сборных конструкций следует рассматривать предварительно напряженные конструкции из высокопрочных бетонов и арматуры, а также конструкции из легких бетонов.

Типы конструкций, основные размеры их элементов, а также степень насыщения железобетонных конструкций арматурой необходимо принимать на основании сравнения технико-экономических показателей вариантов.

1.3. Элементы сборных конструкций должны отвечать условиям механизированного изготовления на специализированных предприятиях.

Следует рассматривать целесообразность укрупнения сборных конструкций с учетом условий их изготовления, транспортирования, грузоподъемности монтажных механизмов.

1.4. Для монолитных конструкций следует предусматривать унифицированные размеры, позволяющие применять инвентарную опалубку.

1.5. Конструкции узлов и соединений элементов в сборных конструкциях должны обеспечивать надежную передачу усилий, прочность самих элементов в зоне стыка, а также связь дополнительно уложенного бетона в стыке с бетоном конструкции.

1.6. При проектировании конструкций гидротехнических сооружений, недостаточно апробированных практикой проектирования и строительства, для сложных условий статической и динамической работы конструкций (когда характер напряженного и деформированного состояния с необходимой достоверностью не может быть определен расчетом) следует проводить исследования.

1.7. Для обеспечения требуемой водонепроницаемости и морозостойкости конструкций, а также для уменьшения противодавления воды в их расчетных сечениях необходимо предусматривать следующие мероприятия:

укладку бетона соответствующих марок по водонепроницаемости и морозостойкости со стороны напорной грани и наружных поверхностей (особенно в зонах переменного уровня воды) ;

применение поверхностно-активных добавок к бетону (воздухововлекающих, пластифицирующих и др.);

гидроизоляцию и теплогидроизоляцию наружных поверхностей сооружений;

обжатие бетона со стороны напорных граней и со стороны поверхностей сооружения, испытывающих растяжение от эксплуатационных нагрузок;

устройство дренажа со стороны напорной грани.

Выбор мероприятия следует производить на основе технико-экономического сравнения вариантов.

2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ БЕТОННЫХ И

2.1. Бетон для бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений должен удовлетворять требованиям ГОСТ 26633-85 и настоящего раздела.

2.2. При проектировании бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений в зависимости от вида и условий работы необходимо устанавливать показатели качества бетона, основными из которых являются следующие:

а) классы бетона по прочности на сжатие, которые отвечают значению гарантированной прочности бетона, МПа, с обеспеченностью q = 0,95. В массивных сооружениях допускается применение бетонов со значениями гарантированной прочности с обеспеченностью q = 0,9.

В проектах необходимо предусматривать следующие классы бетона по прочности на сжатие: В5, В7,5, В10, В12,5, В15, В20, В25, В30, В35;

б) классы бетона по прочности на осевое растяжение. Эту характеристику устанавливают в тех случаях, когда она имеет главенствующее значение и контролируется на производстве.

В проектах необходимо предусматривать следующие классы бетона по прочности на осевое растяжение:

в) марки бетона по морозостойкости.

В проектах необходимо предусматривать следующие марки бетона по морозостойкости: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500, F600.

Марку бетона по морозостойкости следует назначать в зависимости от климатических условий и числа расчетных циклов попеременного замораживания и оттаивания в течение года (по данным долгосрочных наблюдений), с учетом эксплуатационных условий. Для энергетических сооружений марку бетона по морозостойкости следует принимать по табл. 1.

Марка бетона по морозостойкости при числе циклов попеременного замораживания и оттаивания в год

Св. 150 до 200 включ.

Примечания: 1. Климатические условия характеризуются среднемесячной температурой наиболее холодного месяца: умеренные- выше минус 10°С суровые – от минус 10 до минус 20°С включ., особо суровые – ниже минус 20°С.

2. Среднемесячные температуры наиболее холодного месяца для района строительства определяются по СНиП 2.01.01-82, а также по данным гидрометеорологической службы.

3. При числе расчетных циклов более 200 следует применять специальные виды бетонов или конструктивную теплозащиту;

г) марки бетона по водонепроницаемости.

В проектах необходимо предусматривать следующие марки бетона по водонепроницаемости: W2, W4, W6, W8, W10, W12, W16, W18, W20.

Марку бетона по водонепроницаемости назначают в зависимости от градиента напора, определяемого как отношение максимального напора в метрах к толщине конструкции (или расстоянию от напорной грани до дренажа) в метрах, и температуры контактирующей с сооружением воды, , по табл. 2, или в зависимости от агрессивности среды в соответствии со СНиП 2.03.11-85.

В нетрещиностойких напорных железобетонных конструкциях и в нетрещиностойких безнапорных конструкциях морских сооружений проектная марка бетона по водонепроницаемости должна быть не ниже W4.

Марка бетона по водонепроницаемости при градиентах напора

св. 20 до 30 включ.

Св. 10 до 30 включ.

Примечание. Для конструкций с градиентом напора свыше 30 следует назначать марку бетона по водонепроницаемости W16 и выше.

2.3. При надлежащем обосновании допускается устанавливать промежуточные значения классов бетона по прочности на сжатие, отличающиеся от перечисленных в п. 2.2, а также классы В40 и выше. Характеристики этих бетонов следует принимать по СНиП 2.03.01-84 и по интерполяции.

2.4. К бетону конструкций гидротехнических сооружений следует предъявлять дополнительные, устанавливаемые в проектах и подтверждаемые экспериментальными исследованиями, требования: по предельной растяжимости, отсутствию вредного взаимодействия щелочей цемента с заполнителями, сопротивляемости истиранию потоком воды с донными и взвешенными наносами, стойкости против кавитации и химического воздействия, тепловыделению при твердении бетона.

2.5. Срок твердения (возраст) бетона, отвечающий его классам по прочности на сжатие, на осевое растяжение и марке по водонепроницаемости, принимается, как правило, для конструкций речных гидротехнических сооружений 180 сут, для сборных и монолитных конструкций морских и речных портовых сооружений 28 сут. Срок твердения (возраст) бетона, отвечающий его проектной марке по морозостойкости, принимается 28 сут, для массивных конструкций, возводимых в теплой опалубке, 60 сут.

Если известны сроки фактического нагружения конструкций, способы их возведения, условия твердения бетона, вид и качество применяемого цемента, то допускается устанавливать класс бетона в ином возрасте.

Для сборных, в том числе предварительно напряженных конструкций, отпускную прочность бетона на сжатие следует принимать в соответствии с ГОСТ 13015.0-83, но не менее 70% прочности принятого класса бетона.

2.6. Для железобетонных элементов из тяжелого бетона, рассчитываемых на воздействие многократно повторяющейся нагрузки, и железобетонных сжатых стержневых конструкций (набережные типа эстакад на сваях, сваях-оболочках и т. п.) следует применять бетон класса по прочности на сжатие не ниже В15.

2.7. Для предварительно напряженных элементов следует принимать бетон класса по прочности на сжатие: не менее В15 – для конструкций со стержневой арматурой; не менее В30 – для элементов, погружаемых в грунт забивкой или вибрированием.

2.8. Для замоноличивания стыков элементов сборных конструкций, которые в процессе эксплуатации могут подвергаться воздействию отрицательных температур наружного воздуха или воздействию агрессивной воды, следует применять бетоны проектных марок по морозостойкости и водонепроницаемости не ниже принятых для стыкуемых элементов.

2.9. Следует предусматривать широкое применение добавок поверхностно-активных веществ (СДБ, СНВ, ЛХД и др.), а также применение в качестве активной минеральной добавки золы-уноса тепловых электростанций, отвечающей требованиям соответствующих нормативных документов.

2.10. Если по технико-экономическим расчетам для повышения водонепроницаемости бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений целесообразно использовать бетоны на напрягающем цементе, а для снижения нагрузки от собственного веса конструкции – легкие бетоны, то классы и марки таких бетонов следует принимать по СНиП 2.03.01-84.

2.11. Нормативные и расчетные сопротивления бетона в зависимости от классов бетона по прочности на сжатие и на осевое растяжение следует принимать по табл. 3.

В случае принятия промежуточных классов бетона нормативные и расчетные сопротивления следует принимать по интерполяции.

2.12. Коэффициенты условий работы бетона следует принимать по табл. 4.

2.13. При расчете железобетонных конструкций на выносливость расчетные сопротивления бетона и надлежит умножать на коэффициент условий работы , принимаемый по табл. 5.

2.14. Расчетное сопротивление бетона при всестороннем сжатии , МПа, следует определять по формуле