Классы и марки бетона

В зависимости от назначения железобетонных конструкций и условий их эксплуатации нормы проектирования СП 52-101-2003 устанавливают показатели качества бетона (их несколько). Важнейшим из них является класс бетона по прочности на осевое сжатие В. Он указывается в проектах во всех случаях как основная характеристика бетона.

Классом бетона по прочности на осевое сжатие В называется наименьшее контролируемое значение временного сопротивления сжатию бетонных кубов с размером ребра 150 мм, испытанных после 28 суток твердения при температуре t = 20 ± 2°С и относительной влажности воздуха более 60% с соблюдением всех требований ГОСТ 10180-90, которое принимается с доверительной вероятностью 0,95.

Для бетонных и железобетонных конструкций нормами проектирования СНиП 52-01-2003 по прочности на сжатие предусмотрены следующие классы тяжёлого бетона: В3,5; В5; В7,5; B10; B15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В65; В70; В75; В80; В85; В90; В95; В100; В105; В110; В115; В120.

Число, стоящее после буквы «В» в обозначении класса бетона, соответствует гарантированной прочности бетона на осевое сжатие, выраженной в МПа, с обеспеченностью 95%. Например, классу бетона В20 соответствует гарантированная прочность бетона 20 MПa.

Чтобы оценить количественно изменчивость прочности бетона и обеспечить её гарантированное для заданного класса бетона значение, используют методы теории вероятностей. Для этого сначала строят опытные кривые распределения прочности бетона (рис. 10)

Для построения опытной кривой распределения производят ста­тистическую обработку результатов испытаний опытных образцов (например, кубов). Среднее значение временного сопротивления бетона сжатию ( ), установленное при испытании партии стандартных кубов

(1.6)

где n₁, n₂,…n_k – число случаев, в которых временное сопротивле­ние соответственно было равно R₁, R₂,…R_k ;

п =n₁+n₂+…+n_k – число образцов в партии.

Среднее квадратичное отклонение прочности бетона в партии, характеризующее ее изменчивость:

(1.7)

где ; ;… – отклонения прочности бетона, полученные в отдельных испытаниях, от средней. При n < 30 в знаменатель последней формулы вместо п подставляют n-1.

Весь размах наблюдений разбивают на ряд интервалов. Судя по виду гистограммы или опытной кривой, выдвигают гипотезу относительно закона распределения прочности бетона и проверяют правильность этой гипотезы. Чаще всего имеет место нормальный закон распределения случайных величин по Гауссу, что можно установить, например, по критерию согласия χ².

Коэффициент вариации прочности бетона (υ) в партии, который ха­рактеризует степень рассеивания прочности бетона, представляет собой отношение:

(1.8)

Опытные исследования, проведенные на заводах в нашей стране, показали, что для тяжёлых, мелкозернистых и лёгких бетонов ко­эффициент вариации прочности бетона при сжатии в среднем со­ставляет 0,135. Его численное значение на отдельных предприятиях, в зависимости от культуры производства и технологии приготовле­ния бетонной смеси, колеблется в пределах 0,05...0,20.

На оси абсцисс теоретической кривой распределения прочности бетона наименьшее контролируемое значение прочности бетона – временное сопротивление сжатию R_n(B) расположено на расстоя­нии 1,64σ влево от значения ,т.е.

(1.9)

где 1,64 – показатель надёжности, или число, которому соответ­ствует надёжность 0,95.

Подставляя в формулу (1.9) v = 0,135, получим В = (1 - 1,64•0,135) = =0,778 .

Обеспеченность или надёжность класса бетона подсчитывают по формуле:

(1.10)

где f(R) – плотность распределения прочности бетона, которая при нормальном законе распределения определяется по формуле:

Заводом-изготовителем при заданном по проекту классе бетона В, в зависимости от уровня культуры производства и фактического значения v= v_завода из формулы (1.9), устанавливается требуемое значение средней прочности бетона на осевое сжатие :

(1.11)

Пусть имеется два завода железобетонных изделий с неодинаковой культурой производства, для которых плотности распределения прочности бетона показаны на рис. 11.

Из рис. 11 понятно, что при изготовлении изделий из неоднородной бетонной смеси имеет место больший расход цемента, чем при изготовлении того же изделия при хорошо отработанной технологии получения бетонной смеси. Т. е. при уменьшении коэффициента вариации прочности бетона на первом заводе-изготовителе с v₁ до v можно снизить требуемую сред­нюю кубиковую прочность бетона с до и тем самым уменьшить расход цемента, сохранив при этом требуемую обеспеченность.

Классы бетона по прочности на осевое растяжение (В_t0,4; В_t0,8; В_t1,2; В_t1,6; В_t2; В_t2,4; В_t2,8; В_t3,2; В_t3,6; В_t4; В_t4,4; В_t4,8; В_t5,2; В_t5,6; В_t6) устанавливаются для конструкций, работающих преимущественно на растяжение (например, стенок резервуаров и водонапорных труб):

При растяжении принято v_t = 0,165, тогда:

Сроки твердения бетона устанавливаются так, чтобы требуемая по проекту прочность бетона была бы достигнута к моменту загружения конструкции проектной нагрузкой. Для монолитных кон­струкций, выполненных из бетона на обычном портландцементе, этот срок, как правило, принимается равным 28 суткам. Для эле­ментов сборных конструкций заводского изготовления в принципе отпускная прочность бетона может быть ниже его класса, требуемо­го по проекту. Она устанавливается по стандартам и техническим условиям в зависимо­сти от условий транспортирования, монтажа и сроков загружения конструкции.

Кроме того, при необходимости для более полной характеристи­ки качеств бетона могут устанавливаться марки бетона по морозо­стойкости F, по водонепроницаемости W и по средней плотности D.

В п. 5.1.3. СНиП 52-01-2003 предусмотрены бетоны следующих ма­рок:

- по морозостойкости F15, F20, F25, F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500, F600, F700, F800, F900, F100 они характеризуются числом циклов попеременного заморажи­вания и оттаивания в насыщенном водой состоянии, которые вы­держивает бетон без снижения прочности более чем на 15%;

- по водонепроницаемости W2, W4, W6, W8, W10, W12, W14, W16, W18, W20. Здесь число – величина давления воды в кгс/см², при котором еще не наблюдается просачивания ее через испытуемый стандартный об­разец толщиной 15 см;

- по средней плотности от D 200 до D 5000, что соответствует среднему значению объемной массы бетона в кг/м³.

Для бетонов на напрягающем цементе устанавливают марку по самонапряжению.

При необходимости устанавливают дополнительные показатели качества бетона, связанные с теплопроводностью, температуростойкостью, огнестойкостью, коррозионной стойкостью (как самого бетона, так и находящейся в нем арматуры), биологической защитой и с другими требованиями, предъявляемыми к конструкции (СНиП 23-02, СНиП 2.03.11).