Контроль качества бетона: все доступные методы

Контролем качества бетона занимаются лаборатории

Бетон — такой же материал, как и все остальные. При использовании его в строительстве обязательно нужно отслеживать его характеристики. Любое сооружение не может считаться надежным, если фактические параметры использованных материалов отличаются от проектных (расчетных). Чтобы этого избежать, и проводится контроль качества бетона.

Для чего и когда осуществляют контроль

Рассмотрим эту тему подробнее. Знание вопроса может быть полезным не только специалистам, но и обычным людям, которые строят своими руками на приусадебном участке.

Не контролируя качество используемого для строительства бетона, нельзя быть уверенным, что плотина надежная

Конечно, залив бетонную дорожку возле дома, нет необходимости проверять качество и прочность. Но, например, если при строительстве дачи вы применили покупную бетонную смесь, а затем дом дал усадку, или по фундаменту пошли трещины, одной из причин может быть некачественный бетон.

Убедившись в этом, можно взыскать деньги на ремонт с поставщика. Для этого нужно знать, что такое контроль бетона для определения прочности, и как он осуществляется.

Чем руководствуются при оценке прочности

Этим межгосударственным стандартом руководствуются при контроле качества бетона

Проверяют качество бетона как органы строй надзора, так и сами производители (строительные организации). Для этого существует ГОСТ — контроль качества бетона осуществляется в соответствии с его требованиями. Номер документа: 18105-2010. Полностью документ называется —  «Бетоны.

Правила контроля и оценки прочности». Он является межгосударственным, действует на территории всего содружества, включая недавно вышедшую из СНГ Украину. Рассмотрим требования этого документа подробнее, но не углубляясь особо в термины. Он определяет методики и схемы лабораторного контроля бетона.

Когда проводится контроль

Проверяют бетон, когда он достигает проектной прочности — то есть, обычно через 28 дней с момента приготовления смеси.

• Но для сборных и сборно монолитных конструкций проводятся испытания еще и при сдаче или приемке изделий (называется входной контроль бетона).
• Ведь часто в момент передачи камень еще не набирает необходимых характеристик. Это, так называемая, передаточная прочность.
• Для монолитных строений контроль может проводиться так же в момент снятия опалубки или нагружения конструкции — эта прочность называется промежуточной.
• Причем, если при проверке в более ранние сроки, определяют, что материал набрал более 90 процентов проектной прочности, то разрешается больше не проводить оценок. При этом, изделие или строение считаются качественным.
• Также качество бетона определяют при проведении различных экспертиз с целью определить причину повреждения или разрушения зданий и сооружений.

Применяемые методы

Существует два метода определения прочности бетона:

• отбором образцов, которые потом испытывают, раздавливая на прессе;
• неразрушающий — производится с помощью специального оборудования и приспособлений, не предусматривающих уничтожения материала.

Метод с разрушением образцов

Контрольные образцы — кубики

Для этого из каждой партии смеси обирают пробы, из которых изготавливают кубики для контрольных образцов бетона размером 10, 15, 20 или 30 сантиметров. Их оставляют твердеть при нормальных условиях, а затем давят на прессе, определяя усилие, при котором происходит разрушение.

Если нужно проверить уже готовую конструкцию то из нее выпиливают алмазным буром керны с таким же диаметром, как и грани контрольных кубиков.

Разрушение контрольного образца на прессе

На видео в этой статье по ссылке можно увидеть, как испытывают образцы в лаборатории.

При формовании кубиков обязательно оформляется акт об изготовлении контрольных образцов бетона.

Изготовление контрольных образцов

Образцов может быть от двух до шести, количество определяется по формуле, которая учитывает разброс результатов предыдущих замеров.

Нормальными условиями твердения считаются:

• температура 20 градусов Цельсия с отклонением не более 3 градусов в обе стороны;
• влажность 95 процентов с отклонением не более 5 процентов тоже в обе стороны.

Для того чтобы обеспечить эти условия используют специальные камеры, в которых автоматика контролирует и поддерживает температуру и влажность.

Камера нормального твердения

Для определения прочности используют специальные прессы, которые обязательно поверяются службами государственной стандартизации.

Пресс для испытания бетона

Таким же образом проверяют, и прочность конструкций, залитых из смеси поступившей от сторонней организации для изготовления различных конструкций. При этом пишется акт входного контроля для бетона.

На заметку: В применении к строительству на приусадебном участке, никто не заполняет акты, и не отбирает пробы для кубиков. Даже если вы  и сделаете это, то трудно будет доказать, что вы использовали именно эту смесь, а твердение происходило в нормальных условиях. То есть, доказать то, что входной контроль качества бетонной смеси  происходил согласно требований нормативных актов.

Для личного использования покупать и ежегодно поверять пресс невыгодно (него стоимость соизмерима со стоимостью хорошего автомобиля). Также ближайшая независимая организация, где можно провести лабораторный контроль бетонной смеси, может находиться далеко.

Заливая дорожки возле дома, обычно никто не контролирует качество смеси, может быть и зря…

Совет. Покупая бетонную смесь, можно потребовать отбор образцов, которые должны храниться на предприятии-изготовителе. Это, конечно, не защитит на 100% от брака, но все равно может быть полезным.

Поэтому, уделим больше внимания неразрушающим методам. Убедившись с их помощью, что бетонная смесь была действительно некачественной, можно уже более смело заказывать экспертизы. Ведь если вы выиграете, то за все заплатит недобросовестный поставщик.

Неразрушающие методы

Эти методы позволяют определить прочность без разрушения бетона — то есть, ими можно проверить уже смонтированные бетонные изделия или готовую монолитную конструкцию. Отметим, что по ГОСТ их результаты приравнены к полученным разрушающим методом. Делят их на несколько разновидностей, уделим внимание каждой.

Метод скалывания ребра

Испытание методом скалывания ребра

Этот метод основан на том, что у конструкции откалывается небольшой участок ребра. По усилию, которое нужно приложить для выполнения данного действия, определяют прочность, так как существует зависимость между этими двумя параметрами. Правда, этот неразрушающий метод контроля бетона нельзя применить для густоармированных тонкостенных конструкций.

Вырывание анкера

Испытание бетона вырыванием анкера

В бетоне сверлится отверстие, в которое специальным клеем вклеивают анкер. После чего производят его вырывание и замеряют усилие, которое нужно для этого.

В отличие от предыдущего, способ применим и для густоармированного бетона. К минусам можно отнести то, что проверка требует времени, так как перед началом испытания должна пройти полная полимеризация клея.

Отрыв дисков

Испытание бетона отрывом диска

Более современная разновидность способа с вырыванием анкера. В этом случае, замеряют усилие, при котором оторвется от поверхности стальной диск, наклеенный на эпоксидную смолу. При этом он должен отойти от поверхности с частью бетонного камня.

Кстати, для определения зависимости усилия отрыва от прочности бетона, используют уже знакомые нам кубики. Для этого сразу клеят и отрывают диски, а затем проводят контроль кубиков бетона, разрушая их на прессе определяя фактическую прочность.

Метод ударного импульса

Прибор для измерения прочности бетона методом ударного импульса

Испытание бетона методом ударного импульса

Для определения прочности, замеряют импульс стального бойка при ударе о поверхность. Для этого, как правило, используют компактные электронно-механические приборы, которые сразу показывают замеренную прочность — правда, стоят они недешево.

Метод упругого отскока

Для его применяют молоток (склерометр) Шмидта изобретенный в 1948 году. После каждого удара замеряется величина, на которую отскочил шарик, для этого в приборе есть специальное устройство, фиксирующее эту величину. Удары должны наносится с определенной силой, чтобы до минимума снизить погрешность.

Современные склерометры Шмидта, как правило, снабжены электрическим приводом. Поэтому от лаборанта уже не требуется точно размерять свое усилие, а электронная схема сразу обрабатывает результат замера.

Метод пластической деформации

Молоток Кашкарова

Проверка прочности бетона молотком Кашкарова

Используется еще один молоток, но уже отечественного ученого Кашкарова. Прочность определяется по диаметру вмятин, оставленных стальным шариком на поверхности бетона, и стальном пруте, прижимаемом к нему с противоположной стороны.  Не подходит для высокопрочных материалов.

Благодаря тому, что конструкция молотка проста, цена на него небольшая. Этот прибор и метод вполне можно применить дома, в завершение нашей статьи посвятим работе с ним отдельный раздел.

Ультразвуковой метод

Приборы для контроля качества бетона с помощью ультразвука

Испытание бетона с помощью ультразвука

Ультразвуковой способ основан на измерении скорости прохождения волн через бетон.

Используются два варианта проведения испытаний:

• излучатель и приемник располагают с одной стороны и измеряют отраженные или распространившиеся в стороны волны;
• замеры проводят на просвет, приемник и излучатель устанавливают с разных сторон изделия или конструкции.

Метод является одним из наиболее точных неразрушающих, но для его требуются специальные приборы контроля бетона, один из которых показан на фото выше.

У способа много достоинств.

1. Контролируется прочность не только в поверхностных слоях а и на глубине.
2. Можно определить дефекты и поры внутри объема конструкции.
3. Аппаратурой для данного метода можно выявить расположение арматурного каркаса.
4. Есть возможность проконтролировать качество укладки и уплотнения.
5. Для конструкций, заглубленных в грунт, можно определить отметку нижней поверхности.

К недостаткам метода, кроме высокой стоимости оборудования, можно причалить неточность измерения для высокопрочных бетонов класса выше В 7,5. Теперь, как и обещали, перейдем к практической части: контроль бетона на прочность с помощью молотка Кашкарова.

Определение прочности бетона с помощью молотка Кашкарова

Для начала рассмотрим, как устроен сам молоток.

Конструкция молотка Кашкарова

Конструкция молотка Кашкарова

Как видите, конструкция предельно простая.

Если не все понятно из рисунка, поясним подробнее.

1. Корпус служит для соединения остальных деталей и прикрывает пружину.
2. Рукоятка ее назначение понятно и так.
3. Головка делается сплошной из металла служит для того чтобы у инструмента был вес достаточный для нанесения удара. Иногда по головке ударяют другим молотком.
4. Пружина служит для создания усилия прижимающего стакан к голове и удерживающего эталонный стержень.
5. Стакан — в одном из его отверстий установлен стальной шарик, который является ударником. Два других, диаметрально расположенных, служат для установки эталонного стержня.
6. Эталонный стержень — на нем в момент удара шарик оставляет отпечатки, которые нужны для обработки результатов. На одном стержне можно провести четыре серии ударов, проворачивая его на 90 градусов.
7. Шарик диаметром 15,88 миллиметров — он оставляет отпечатки как на арматурной стали, так и на эталонном стержне.

Согласно ГОСТ, длина молотка должна быть 300 мм, вес 900 грамм, хотя эти условия не обязательно должны соблюдаться. Согласно методике, от силы и направления удара точность измерения не зависит.

Можно ли изготовить молоток Кашкарова самостоятельно?

Хотя это и измерительный инструмент, для него не требуется высокой точности изготовления, ведь результат определяется соотношением отпечатков. Поэтому, если возникли проблемы с покупкой молотка, или просто есть желание помастерить, инструмент можно сделать и самостоятельно.

Инструкция по этапам выполнения работ будет выглядеть примерно так.

• В первую очередь, нам нужно подобрать шарик (он еще называется индентором). Согласно «Рекомендации по определению прочности бетона эталонным молотком Кашкарова по ГОСТ 22690.2-77» его диаметр должен быть в пределах от 15 до 16,7 миллиметров, а твердость, измеренная на приборе Роквелла, не менее HRC 60. Оговаривается так же шероховатость, не должно быть неровностей более 0,32 микронов, хотя разрешается использовать молоток, в котором в процессе эксплуатации возникли неровности до 5 микрон. Подобрать подобный шарик можно из подходящего подшипника, в них они изготавливаются из достаточно твердого металла.

Шарик можно подобрать из подшипника большого диаметра

• Вторая деталь, которую затруднительно изготовить самостоятельно — это пружина. Подбираем ее из старой техники перед началом работ по изготовлению, так как от ее размеров зависят размеры других деталей молотка. Диаметром она должна быть 20-30 мм. Работать она должна на сжатие, обеспечивая перемещение связанных с ней деталей в пределах 2 сантиметров.
• Затем изготавливаем стакан. По диаметру он должен быть чуть меньше внутреннего размера пружины.  По длине — длина пружины в разжатом состоянии плюс 3,5-5 сантиметров.

Сделать его можно несколькими способами:

1. Выточить на токарном станке.
2. Подобрать трубу подходящего диаметра, и приварить (или даже припаять) дно и буртик для упора пружины.
3. Тоже используем трубу, но для дна подбираем заглушку на резьбе, а для буртика тонкую гайку.

• По центру дна стакана сверлим отверстие для шарика. Оно должно быть немного меньше его диаметра так чтобы индектор выступал, но не проваливался. Отверстие зенкуем, чтобы шарик мог самоцентрироваться, а края не повреждали его поверхность. Отверстия под эталонный стержень будем делать позже, чтобы одновременно с ними сформировать желоб на головке молотка для упора стержня.
• Точно также, как и стакан, изготавливаем корпус молотка. Его диаметр должен быть больше внешнего диаметра пружины. Длина должна быть такой, чтобы он заходил за место крепления ручки. В дне корпуса сверлим отверстие для прохода стакана.
• Дальше нам необходимо сделать головку молотка. Для выполнения этой операции обязательно нужен токарный станок. Можно немного упростить очертания, но деталь должна иметь две части с разным диаметром. Одна нижняя часть должна входить в стакан и свободно перемещаться в нем. Верхняя, с большим диаметром, служит для крепления корпуса, который находит на нее.

Можно верхнюю часть сделать без уступа, корпус будет просто одеваться на нее не заподлицо.

Для изготовления головки нужен токарный станок, хотя бы такой простейший

• Дальше изготавливаем ручку из металла или просто подбираем подходящую от сломанного инструмента. Крепить ее будем в головке насквозь, поэтому на конце нарезаем резьбу длиной равную диаметру корпуса.
• Надеваем корпус на оголовок и сверлим сквозное отверстие, в которое будет вкручиваться ручка. Внутри нарезаем такую же резьбу, как и на конце рукоятки.
• Собираем наш молоток полностью. Рукоять, ввернутая через корпус и головку, соединит эти две детали.
• Осталось просверлить отверстие для эталонного стержня. Для этого немного оттягиваем стакан и пользуемся сверлом 13 миллиметров.

При сверлении нужно выбрать такое положение стакана и головки, чтобы одновременно выбрался и  паз в головке, на который будет ложиться пруток, поэтому мы отложили эту операцию напоследок. Паз нужен для того чтобы на прутке не оставалось повреждений и отпечатков с противоположной шарику (индектору) стороны.

Отверстие желательно сделать овальным (будет проще устанавливать стержни), для этого перед завершением сверления смещаем деталь вдоль оси.

• Осталось установить эталонный стержень (как его сделать описано ниже) и можно начинать испытывать бетон.

Проводим испытания

Ознакомимся подробнее с методикой:

Что нам понадобится кроме молотка Кашкарова

Для проведения испытаний, кроме самого молотка нам понадобятся.

1. Копировальная бумага.
2. Белая бумага.
3. Штангенциркуль.
4. Лупа.

Совет. Можно вместо штангенциркуля использовать угловой масштаб. Его самостоятельно легко изготовить из измерительных линеек.

Угловой масштаб

И, естественно, ручка, калькулятор и бумага, чтобы сделать записи и провести измерения. Дополнительно, чтобы не запутаться, желательно, иметь мел или маркер им помечают номера отпечатков на бетоне.

Также отметим, что эталонный стержень тоже считается расходным материалом. Если закончились те, которые шли в комплекте с молотком, то новые можно или купить, или изготовить самостоятельно. Делают их из прутка диаметром 10-12 мм изготовленного из стали ВСт3пс или ВСт3сп.

Эталонные стержни можно изготовить самостоятельно из прутка соответствующего диаметра и марки стали

Длина рекомендована 150 мм, но ее придерживаться не обязательно. С более длинным стержнем будет менее удобно работать, а на коротком уместится меньше отпечатков.

Конец затачивается под конус, чтобы стержень было проще установить в молоток, можно просто его срезать на косую, или не затачивать вообще. Кроме очистки от окалины, никаких других операций с поверхностью металла проводить не требуется.

Выбираем место для испытаний

Метод испытаний нормируется ГОСТ 22690-88 который определяет следующие требования к местам для нанесения ударов.

1. Для снижения погрешности в серии должно быть 5-12 ударов.
2. Расстояние от края конструкции или изделия — не менее 5 см.
3. Расстояние между местами для нанесения ударов — не менее 3 см.
4. Место должно быть без наплывов бетона.
5. Камень должен быть с минимальным количеством пор.

Если поверхность была окрашена, или покрыта другой отделкой, ее нужно счисть добела.

Проводим испытания

Теперь расскажем, как осуществляется  само испытание.

1. Устанавливаем эталонный стержень в молоток.
2. На место, где будем наносить удар, укладываем лист копировальной бумаги красящим слоем вверх. Поверх ее кладем белую бумагу.
3. Наносим удар, если место малодоступное, то можно приставить инструмент шариком к бетону и ударить другим молотком по головке. Как мы уже говорили от направления и силы удара качество измерений не зависит.
4. После этого отмечаем цифрой на бумаге номер отпечатка, для контроля можно сделать отметку и на бетоне маркером или мелом.
5. Передвигаем эталонный стержень на 10 миллиметров (на нем тоже желательно отметить номер отпечатка). Если закончилось свободное место можно повернуть его на 90 градусов вокруг оси.
6. Повторяем все операции, пока не закончим серию.

Обрабатываем результаты

Осталось обработать материалы наших измерений.

Делаем это следующим образом:

• Чтобы было удобнее работать, вначале заготовим таблицу — выглядит она примерно так.

• Начинаем ее заполнять. Вначале замеряем отпечатки на бетоне. Прикладываем штангенциркуль к прорисованным на белой бумаге от копирки кругам. Для того чтобы точно приложить губки штангенциркуля, пользуемся лупой. Меряем в двух направлениях, перпендикулярных друг другу, и выводим среднее, которое заносим в таблицу. Например, один замер был 6,7 мм второй 6,9, в таблицу заносим (6,7+6,9)/2=6,8 миллиметров.

Если отпечаток на бумаге получился нечетким, то замеряем либо прямо на бетоне (почему желательно помечать номера ударов и там), либо отрисовываем по-новому. Прикладываем бумагу и копирку к месту, прижимаем притер любым твердым предметом — либо просто карандашом (так, как мы отрисовывали рельеф монеток на бумаге в детстве).

• Точно также меряем отпечатки на эталонном стержне, правда сделать это можно без бумаги и копирки, а данные заносим в таблицу.
• Теперь нужен калькулятор: просчитываем соотношение диаметров и тоже записываем. Причем, делим результаты первого столбца на второй. В конце у нас получится такая таблица. Осталось заполнить последний столбец узнать прочность.

Соотношение диаметров в таблицах и графиках для молотка Кашкарова обозначается большой римской буквой «аш» (Н), или аналогичной ей русской Н.

Совет. Если лень считать вручную, то можно использовать Excel. В столбец, где необходимо вычислить соотношение диаметров, вводим формулу «=ОКРУГЛ(A1/B1;2)» и протягиваем ее. А1 и В1 это координаты первых ячеек столбцов в которые вы вводили результаты замеров, они естественно могут быть и другими.

• Дальше нам нужно отбросить анормальные результаты, то есть которые резко отличаются от остальных. Не углубляясь в теорию, сделаем это на глаз. В нашем случае, замеры по пятому отпечатку резко отличаются от остальных — значит, не берем этот удар в счет.
• Считаем среднее арифметическое всех наших соотношений диаметров. Для тех, кто забыл школьный курс математики, поясним — суммируем все и делим результат на количество слагаемых. В нашем случае это выглядит как: (1,94+2,09+2,26+2,27+2,13+2,16+2,33+1,94+1,72+2,19+2,23)/11=2,11. По этому значению Н и ищем прочность бетона.
• Для того чтобы узнать прочность, нужна градуировочная зависимость. В лабораториях ее строят, испытывая не менее 20 серий эталонных образцов. Сразу замеряют отпечатки, а потом ломают на прессе, определяя фактическую прочность,  У нас такой возможности, конечно, нет. Поэтому воспользуемся универсальным вариантом, это может быть либо график, либо таблица, они приведены ниже.

График зависимости соотношения диаметра отпечаток от прочности (это официальное советское издание, на графике все нормально, а в описании рисунка 5 ошибка «Н» это не прочность, хотя и так понятно)

На графике по горизонтальной оси отложено соотношение отпечатков, а по вертикальной — прочность. Откладываем наше среднее «Н» по горизонтали,  и находим прочность  на вертикальной оси. Получаем 12,8 Мпа.

Также можно воспользоваться таблицей, она на следующем рисунке.

Эталонная таблица зависимости прочности от Н

Как пользоваться таблицей, думаю понятно.  Кстати, в рекомендациях указано, что для промежуточных «Н» нужно применять интерполяцию, но для нашего случая, когда нужно определить только класс бетона, достаточно взять наиболее близкое значение, в нашем случае это 2,12 отсюда прочность 1,9 Мпа.

• Зная прочность, осталось определить класс бетона. Для этого воспользуемся таблицей соответствия марок и классов бетона.

Таблица зависимости марки, класса и прочности бетона

В данной таблице прочность выражена в кг/см² чтобы перевести мегапаскали в эту единицу умножаем на 10, то есть по нашим испытаниям получена прочность 190 кг/см². Как видим, из таблицы под эту цифру подходит класс бетона В 12,5.

Вот и все, что мы хотели рассказать про контроль качества бетонной смеси  и готового бетона (в принципе это одно и то же). Будем рады, если наша статья имела для вас не только познавательное значение, а и практическое, и вы научились определять класс бетона наиболее простым способом с помощью молотка Кашкарова.