21.01.2021

Испытание бетона на сжатие


При испытаниях на сжатие определяют главным образом две характеристики бетона: его проектную марку по прочности на осевое сжатие на основании испытания кубов или цилиндров и призменную прочность по данным испытания призм.

Для испытания на сжатие применяют гидравлические прессы по ГОСТ 8905—73, которые изготовляют в двух исполнениях: для испытания образцов и изделий и для испытания стандартных образцов.

Прессы должны иметь погрешность не более ±2% измеряемой нагрузки при нагружении, начиная с 20% Pмакс диапазона измерения, но не ниже 10% наибольшей предельной нагрузки.

Прессы подлежат поверке органами Госстандарта России не реже одного раза в два года и ведомственной поверке не реже одного раза, а пресса с манометрическим и торсионным силоизмерением — двух раз в год. Помимо поверки силоизмерительного оборудования необходимо следить за состоянием других частей испытательного пресса. Различного рода дефекты пресса (износ опорной части, трение в сферической опоре, загрязнение масла, погрешности тарировки и т.п.), а также неточное центрирование образцов могут явиться причиной значительного разброса показателей и снижения достоверности результатов. Существенное влияние на результаты испытания образцов на сжатие оказывает толщина опорных стальных плит пресса, передающих давление на образец. При малой толщине плита, опирающаяся на шарнир пресса, изгибается, что приводит к снижению прочности бетонного образца. При определении Rпр по методике, толщина опорных плит должна контролироваться. Существует даже мнение, что при полном исключении влияния изгиба плиты кубы разных размеров будут показывать одинаковые результаты.

Выбор прессов производят с учетом следующих основных требований: 1) ожидаемая разрушающая нагрузка должна составлять 0,2—0,8 максимального усилия Рмакс, соответствующего выбранному диапазону измерения; 2) не допускается использовать участки шкалы менее 0,2 Рмакс и испытание силой меньше 10% наибольшей предельной нагрузки пресса.

Образец устанавливают на нижней опорной плите пресса таким образом, чтобы усилие сжатия было параллельно слоям укладки бетонной смеси. Образец центрируют, пользуясь нанесенными на опорную плиту рисками или с помощью различного рода приспособлений. Центрирование обеспечивают, вдвигая образец в установленный над опорной плитой шаблон с прорезью заданного размера (рис. III.1, слева).

В ЦНИЛ Главкиевгорстроя предложено универсальное приспособление для центрирования образцов разных размеров (рис. III.1, справа), представляющее собой закрепленный на опорной плите элемент, в котором размещена установочно перемещаемая в осевом направлении штанга, несущая шаблон в виде угольника. Наличие выключателей, расположенных на штанге и угольнике, в месте соприкосновения с образцом, позволяет с помощью сигнального устройства, включенного в электрическую цепь, контролировать правильность центрирования. После центрирования штангу с помощью ручки отводят от образца. На центрирование затрачивается 2—3 с. Применение центрирующих устройств способствует уменьшению коэффициента изменчивости при испытании и повышению измеряемых значений Rсж.

Перед установкой на пресс опорные поверхности образца и плит пресса протирают сухой тканью — на них не должно быть остатков разрушенных образцов, а также следов смазки.

По ГОСТ 10180—78 прочность определяют, испытывая кубики с размерами ребра 7, 10, 15, 20 и 30 см или цилиндры диаметрами 7, 10, 15, 20, 30 см и высотой H=2D. Допускается испытывать выбуренные цилиндры с H/D от 2 до 1, в этом случае для перехода к эталонному кубу результат умножают на коэффициент u:

Прочность на сжатие определяют по формуле

где а — масштабный коэффициент; Kw — коэффициент, учитывающий влажность ячеистого бетона (для других видов бетона Кw=1).

При определении Rсж за эталон (образец базового размера) принимают куб с размером ребра 15 см. При испытаниях образцов других размеров полученный результат умножают на коэффициент а1:

Допускается применять большие значения а, которые устанавливают опытным путем лабораториями заводов (строек) при участии центральных строительных лабораторий или НИИ и утверждаются главными инженерами этих предприятий (строек). В этом случае а определяют для каждой марки бетона, конкретной испытательной машины и комплекта форм не реже одного раза в два года. Для этого испытывают по 8 серий образцов (на каждую марку) базового и небазового размеров, изготовленных из одной пробы. При этом mV в сериях образцов разных размеров не должно отличаться более чем на 2%. Для каждой пары серий вычисляют ai=Rстiб/Rстiнб, а по восьми сериям — средний коэффициент а и его среднеквадратичное отклонение Sa. После этого проверяют существенность отличия а от вышеприведенного табличного значения о по формуле: t=2,83(а'—а)/Sa. Отличие признают существенным и используют большие экспериментальные значения а, если 1,4.

Изготовление и подготовку образцов к испытанию проводят согласно требованиям, приведенным ранее. Непосредственно перед испытаниями образцы осматривают, измеряют и взвешивают. Измеряют образец с погрешностью ±1% измеряемого линейного размера по серединам двух противоположных граней куба или взаимно перпендикулярным диаметрам цилиндра на каждом торце, а высоту цилиндра — по четырем образующим. После этого вычисляют линейные размеры как средние арифметические результатов проведенных измерений и объемную массу по ГОСТ 12730.1—78. При необходимости для тяжелого бетона с M>100 допускается шлифование граней или их выравнивание слоем толщиной до 2 мм из быстротвердеющих составов с прочностью не менее половины ожидаемой прочности образца.

Нагрузку на образец подают непрерывно с постоянной скоростью 0,6±0,2 МПа/с до разрушения. Усилие сжатия должно быть направлено параллельно слоям укладки бетонной смеси в форму.

Среднее значение прочности Rсж в серии из двух образцов вычисляют как среднее арифметическое. Если в серии три образца, то определяют размах прочности бетона в данной серии Wci и сравнивают его со средним внутрисерийным размахом W для бетона данной марки, который вычисляют один раз в год по любым 50 результатам последовательных испытаний:

Если размах серии_не превышает средний более чем в 2 раза, т. е. Wci<2W, то Rcж вычисляют как среднее арифметическое результатов вычислений по трем образцам, в остальных случаях за Rсж принимают прочность среднего по прочности образца (больший и меньший результаты не учитывают). В тех случаях, когда данных для подсчета W нет, Rcm определяют как среднее арифметическое трех результатов при условии, что ни меньший, ни больший результаты не отличаются от среднего более чем на 15%. Если такое отличие есть хотя бы для одного образца, за R сж принимают результат среднего по прочности образца.

Методика ГОСТ 10180—78 распространяется на все виды бетонов на минеральных вяжущих и заполнителях. При испытаниях некоторых видов тяжелого бетона и ячеистых бетонов испытания имеют следующие особенности.

При производственном контроле бетонов, для которых нормируют как Rсж, так и Rри, разрешено определять Rcm, испытывая половинки балочек (призм), оставшихся после испытания на изгиб. При испытании на сжатие усилие пресса передают через шлифованные стальные прокладки, размеры которых в плане равны размеру поперечного сечения балочки с допуском ±1 мм; 6=20±2 мм. При расчете Rom значение а(а) принимают то же, что и для куба с аналогичным рабочим сечением.

Для испытания прочности ячеистых бетонов одновременно с изделиями изготовляют контрольные неармированные блоки, высота которых равна высоте изделия, а длина не менее 40 см, ширина (при горизонтальном формовании) больше 40 см; толщина (при вертикальном формовании) равна толщине изделия. Образцы выпиливают (выбуривают) из контрольных блоков или изделий из верхней, средней и нижней частей; если толщина изделия <25 см (при горизонтальном формовании) — только из средней части. Схемы выпиливания (выбуривания) приведены в ГОСТ 10180—78. При контроле качества пенобетона допускается изготовлять образцы в формах (без выпиливания).

Приведенные значения а даны для тяжелого бетона, бетона на пористых заполнителях М150 и более (так как для меньших марок применяют кубы только с ребром 15 см) и отформованных образцов ячеистого бетона с mV больше 400 кг/м3. Для выпиленных (выбуренных) образцов ячеистого бетона с mV больше 400 кг/м3:

Если mV<400 кг/м3, для всех образцов а=1. Значение Kw зависит от влажности W ячеистого бетона (по ГОСТ 12730.2—78):

ГОСТ 10180—78 допускает испытание выбуренных (выпиленных) Образцов с отклонениями размеров от номинальных, большими, чем для отформованных образцов. Эти отклонения должны нормироваться ведомственными нормативами. В серии может быть менее трех образцов. При испытаниях усилие должно соответствовать по направлению усилию сжатия в конструкции при эксплуатации.

Ускоренным методом прочность по ГОСТ 22783—77 определяют при контроле Rсж бетона монолитных конструкций для обеспечения его проектной марки в заданном возрасте (28, 90, 180 или другом числе суток). Прочность бетона в проектном возрасте Rцв определяют ускоренным методом по результатам испытаний контрольных образцов Rут, твердевших в воде по заданному температурному режиму. Для вычисления Rпв пользуются формулами, полученными для одного определенного проектного возраста бетона и постоянных его составляющих: Rпв=bo+b1 Rут, если контролируется бетон разных марок; Rпв=KRyт, если контролируется бетон одной марки.

Для установления градуировочной зависимости Rут—Rпв и переводного коэффициента К изготовляют по две параллельные серии образцов из одной и той же пробы бетона. Число проб должно быть не менее 25 для установления зависимости и не менее 10 для определения К. Серии образцов для установления Rпв хранят в нормальных условиях и испытывают в проектном возрасте. Серии образцов, предназначенные для определения Rут, не позднее чем через 15 мин после изготовления закрывают в формах крышками (притирая последние к поверхности бетона) и затем после предварительной выдержки проводят ускоренное твердение по режиму I (основному): выдержка на воздухе — 2 ч, прогрев в воде — 2 ч, охлаждение на воздухе — 0,5 ч, охлаждение после распалубки — 1 ч (общая продолжительность 19,5 ч) или по режиму II соответственно: 1 + +4,5+0,5+1=7 ч. Температура воздуха — 20±5°С, воды 70±5° С.

Изготовляют и испытывают бетонные кубы всех серий согласно ГОСТ 10180—78. Для проведения тепловой обработки формы с образцами помещают в специальную лабораторную камеру и заливают водой. Камера должна обеспечивать заданную температуру с погрешностью не более ±2° С и время восстановления заданной температуры после установки в камеру образцов, не превышающее 5 мин. После распалубки образцы охлаждают на решетчатых подставках.

На основании полученных значений прочности каждой i-й серии образцов при ускоренном твердении Rутi в проектном возрасте Rпвi подсчитывают соответствующие средние значения N серий испытанных образцов Ryт И Rпв. Коэффициенты b0, b1 и К вычисляют по формулам:

Формулы для вычисления Rпв в разрешается применять, если коэффициент корреляции градуировочной зависимости r больше 0,7, а среднее квадратичное отклонение от средней прочности бетона в проектном возрасте Sг<12%. Градуировочные зависимости и К устанавливают не реже двух раз в год.

По методике НИИЖБ кубиковую прочность определяют при проведении научно-исследовательских работ. В основном эта методика соответствует ГОСТ 10180—78. В качестве дополнительных требований предъявляются следующие.

При формовании образцов интервал между изготовлением первого и последнего образцов из одного и того же замеса не должен превышать 1 ч, а при t больше 30° С — 20 мин. Допустимые отклонения mV отдельных образцов от среднего по серии и средних по сериям от среднего по партии не должны превышать ±20 кг/м3. Испытания проводят на кубах с ребром 15 см. Выравнивание граней образцов допускается только шлифованием.

Образцы испытывают в возрасте 28 сут, а для бетонов, прошедших тепловую обработку, через 4—24 ч после ее окончания, но не позднее чем через 2—3 сут. Если бетон испытывается в водонасыщенном состоянии, испытание должно быть проведено не позднее чем через 2 ч после извлечения образцов из воды. Обязательно измеряют влажность испытуемого бетона.

Толщина опорных плит пресса должна быть не менее 0,7—0,8 а (а — наибольший линейный размер образца). Коэффициент изменчивости прочности по нескольким сериям кубов не должен превышать 7%, а для ячеистого бетона 12%.

Следует отметить, что указанная методика испытаний рекомендуется при определении прочности кубов, призменной прочности, прочности на осевое растяжение, растяжение при изгибе и раскалывании, модуля упругости, характеристик микротрещинообразования и длительной прочности, т. е. характеристик, необходимых для разработки и составления правил по проектированию в соответствии с требованиями СНиП Н-21-75.

Призменную прочность по методике НИИЖБ определяют на призмах размером 15x15x60 или 10x10x40 см. Порядок изготовления, подготовки и испытания образцов должен соответствовать ГОСТ 10180—78 и требованиям, приведенным выше при описании методики НИИЖБ по определению кубиковой прочности.

Кроме того, проводят предварительную оценку изменчивости прочности бетона, измеряя время прохождения (скорость) ультразвука. Измерения проводят по ГОСТ 17624—78. Коэффициент изменчивости не должен превышать 7% (для ячеистого бетона — 12%).

Перед началом испытаний призма должна быть центрирована на опорной плите пресса. Центрирование обычно выполняют путем пробных нагрузок до 0,2 Pp* и измерения деформаций крайних волокон по четырем боковым граням призмы. Порядок установки индикаторов и проведения измерений деформаций описан в методике НИИЖБ по определению Eб. Деформации по каждой из граней не должны отклоняться от среднего значения более чем на ±10%.

После завершения центрирования образца по физической оси приборы, установленные для измерения деформаций, снимают и начинают загружение образца. Нагрузку увеличивают ступенями по 0,1 Pp до конца разрушения (первые две ступени и ступени после достижения 0,8 Pp должны составлять 0,05 Pp). Выдержка на всех ступенях должна быть одинаковой и не превышать 5 мин, при этом общая продолжительность испытания должна быть не менее 20 мин.

Допускается загружать призмы непрерывно и равномерно возрастающей нагрузкой с постоянной скоростью роста напряжений (do/dt=const). В этом случае, так же как и при ступенчатом загружении, dal/dt=0,6±0,4 МПа/с. Общая продолжительность испытания при непрерывном загружении 20 мин.

При оснащении прессов автоматической записью деформаций (масштаб увеличения не менее 200:1) целесообразно проводить загружение с постоянной скоростью деформации (de/dt=const).

Призменную прочность Rпр по методике ВНИИФТРИ-МИСИ-ВЗПИ определяют на различных образцах. Методика регламентирует лишь пределы допускаемых отклонений в ходе подготовки и проведения эксперимента.

Для определения Rпр рекомендуется применять призмы с поперечным сечением 7,07х7,07; 10х10; 15х15 и 20х20 см и высотой, равной (3-4) а. Это дает возможность, в частности, использовать для изготовления призм трехгнездные формы, предназначенные для кубов с размером ребра 7,07 или 10 см (для этого из форм вынимают перегородки). Можно применять формы для стандартных балочек (по ГОСТ 10180—78) размерами 100х100х400; 150х150х600 и 200х200х800 мм. Можно определять Rпр на цилиндрах (кернах) с H/D=3—4.

Выбор размера образца зависит от максимальной крупности заполнителя d3 и определяется условием d3/a(d3/D)<5. Число образцов в серии принимают не менее 6; более точно это число может быть определено по формуле (I.1).

Формы для изготовления образцов должны быть достаточно жесткими, удобными в работе, обеспечивать получение образцов с заданными размерами, не допускать вытекания «цементного молока». При формовании должна быть обеспечена заданная степень уплотнения, одинаковая для всех образцов серии. Степень уплотнения оценивают коэффициентом уплотнения kу=mVф/mVт [здесь индексы «ф» и «т» соответственно обозначают фактическую и теоретическую (рассчитанную по методу абсолютных объемов) объемные массы бетонной смеси]. Значение kу рекомендуется принимать таким же, как и у бетона конструкции. В остальных случаях ky=0,98-0,99, и его контролируют по необходимому времени уплотнения, которое предварительно определяют опытным путем. Значение определяют с погрешностью <±2,5 г/см3, для чего массу измеряют с погрешностью ±1 г, а размеры формы с погрешностью ±0,1%.

При определении призменной прочности бетона в конструкции, формуют образцы теми методами, что и конструкцию. В других случаях уплотняют на вибростоле с частотой колебаний 2800—3000 в 1 мин и амплитудой 0,35 мм. При использовании жестких смесей применяют пригруз. Смеси с О.К. больше 12 см уплотняют штыкованием. Во всех случаях независимо от вида уплотнения смеси в форму следует укладывать с послойным штыкованием.

Условия твердения образцов должны быть возможно близкими к условиям твердения бетона в конструкции. Во всех остальных случаях рекомендуется выдерживание в камере нормального твердения.

После достижения заданного срока твердения образцы могут храниться до начала испытаний в камере нормального твердения, если допускается дальнейший рост прочности, в противном случае их высушивают в сушильном шкафу при 50+60° С до постоянной массы. Поверхность их покрывают гидроизоляционным составом.

Перед испытаниями визуально осматривают образцы, измеряют их массу (с погрешностью ±0,1%) и линейные размеры (с погрешностью ±0,5%) и рассчитывают mV (с погрешностью ±0,5%). Образцы с отколами ребер торцевых граней, трещинами излома, раковинами, возникающими вследствие расслоения, выбраковывают. Допускают воздушные поры диаметром менее 3 мм и незначительные отколы ребер (не более 1—2 на каждое ребро) боковых граней глубиной не более среднего диаметра зерна крупного заполнителя. Коэффициент вариации по mV серии образцов не должен превышать 5%. При этом если mV отдельных образцов отличается от среднего по серии более чем на ±2%, призменную прочность рекомендуется определять с учетом поправки по формуле.

С целью более равномерной передачи нагрузки на призму в процессе испытания рекомендуется на ее торцы приклеивать цементным или гипсовым раствором (слой < 0,5 мм) стальные пластины толщиной а/10. Поверхность пластин должна быть обработана в соответствии с ГОСТ 2789—73 по классу 6.

Испытание призм проводят на прессах, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 8905—73. При этом толщину б опорных плит определяют в зависимости от предполагаемого значения Rпр с учетом допускаемого напряжения в плите, ее прогиба и деформации по формуле

где а — размер ребра опорной грани образца; а — коэффициент, определяемый в зависимости от марки бетона при максимальном напряжении в опорной плите 160 МПа, отношении прогибов плиты и образца не более 20% и отношении их деформаций, равном 1 (расчетные значения а для прессов со сферическим шарниром равны 0,34; 0,48 и 0,63 соответственно для марок бетона M 200, M 400 и M 600).

На прессе должна быть установлена дополнительная опорная плита с шарниром (равным стороне основания образца) поверх или взамен основной неподвижной плиты, так как имеющийся на стандартных прессах один шарнир не обеспечивает центрирование образца по физической оси. Чистота поверхности плит должна соответствовать классу 7 согласно ГОСТ 2789—73.

Перед началом испытаний на образцах устанавливают приборы, обычно индикаторы часового типа, для измерения деформации при центрировании по физической оси. Порядок установки приборов и проведения измерений деформаций описан в главе IV.

Призму с установленными на каждой грани индикаторами центрируют по геометрической оси на опорной плите пресса и проверяют правильность работы индикаторов. Последние при повторяющихся трех-четырех циклах загружения-разгружения должны обеспечивать совпадение нуля (с погрешностью ±0,25 деления).

Центрирование по физической оси может производиться при уровне нагружения до 0,4 Rпр. Для этого проводят пробное загружение и по индикаторам, установленным по осям четырех граней, измеряют деформации. После этого разгружают призму и перемещают ее в сторону грани с большей деформацией. Эти операции повторяют до тех пор, пока показания на всех индикаторах будут отличаться от среднего значения не более чем на ±0,5 деления. После этого приборы могут быть сняты.

Загружение образца можно проводить со скоростью от 0,01 до 0,6 МПа/с путем непрерывного монотонного возрастания нагрузки от нуля до момента разрушения. Возможны и другие методы загружения (табл. IV;2), но общая средняя скорость должна находиться в указанных пределах.

Среднее значение Rпр вычисляют как среднее арифметическое всех шести результатов, за исключением случайных результатов (промахов), которые определяют методами математической статистики.

Прочность бетона с переменной плотностью определяют, в частности, при исследовании ячеистых бетонов переменной плотности. Для этого изготовляют прямоугольные призмы, одно из оснований которых является уплотненным слоем. Высота призмы равна ребру основания плюс толщина б уплотненного слоя. Затем призмы делят на две серии: у одной — срезают алмазной пилой уплотненный слой, у второй — тоже слой толщиной 6, но со стороны неуплотненного основания. Полученные две серии кубов испытывают на сжатие. Прочность бетона в уплотненном слое Rсжу вычисляют по формуле

где R'сж — средняя прочность бетона первой серии (без уплотненного бетона); R''сж — средняя прочность бетона второй серии.

Ряд нормативных документов регламентирует методы испытания прочности для специальных видов бетона и при применении некоторых способов бетонирования. Отличие этих методов от ранее описанных, как правило, сводится к технологии изготовления образцов.

Для изготовления образцов при бетонировании методом раздельного бетонирования в ЦНИИОМТП предложен прибор. Формы устанавливают на поддоне с двойным дном так, что вырезы в днище форм совпадают с вырезами верхней плиты поддона. Затем в формы засыпают щебень, закрывают мешковиной и перфорированной крышкой и через пустотелый поддон под. давлением подают раствор. После заполнения форм раствором их отделяют от поддона.

При контроле качества торкрет-бетона Применяют формы, стенки которых представляют собой металлическую решетку или пластинки с отверстиями диаметром 10—12 мм, которые расположены в шахматном порядке через 20—30 см (в осях). По данным Спецжелезобетонстроя, в случае использования обычных форм (без отверстий) нижняя часть образцов получается запесоченной, а прочность заниженной. Исследования показали, что отскок и завихрения сжатого воздуха у боковых стенок являются причиной снижения Rсж на 25—30%. Отверстия в стенках формы ликвидируют завихрения. Такие формы через сутки рекомендуется разнимать, после чего пришлифовать опорные плоскости куба наждачным камнем. При бетонировании формы устанавливают в таком же положении, как и в конструкциях.

Аналогичны рекомендации по изготовлению кубов (лучше с ребром 20 см) из шприц-бетона.

Существует способ контроля прочности торкретбетона путем изготовления плит. Для этого на бетонируемую поверхность устанавливают деревянную рамку, высота которой равна толщине слоя, а внутренние размеры составляют 30х30 см. Под рамку подкладывают пергамин. Если торкрет наносят в несколько слоев, рамку соответственно наращивают для каждого слоя. После торкретирования рамка остается вместе с конструкцией и извлекается перед испытанием. Из полученной плиты выпиливают образцы размером 4х4х16 см и испытывают по ГОСТ 310.4—76. Края плиты (на ширину 5 см) для изготовления балочек использовать не следует из-за попадания в них отскока.

При контроле прочности жаростойких бетонов применяет кубы с ребром 10 см — 3—6 шт. от каждых 100 м3 уложенного бетона в конструкцию, объем которой более 500 м3. При меньшем объеме конструкции пробу отбирают от каждых 10 м3. Три куба испытывают на сжатие после прохождения следующих технологических операций: бетон на портландцементе и шлакопортландцементе выдерживают 7 сут, а на глиноземистом и высокоглиноземистом цементах — 3 сут при t=20±2°С и ф больше 90%. Выдержанные таким образом образцы высушивают до постоянной массы при 100—110°C, охлаждают до комнатной температуры и испытывают. При изготовлении конструкций с применением различных видов термообработки контрольные образцы проходят ее перед высушиванием.





Яндекс.Метрика