Эта статья написана в том числе для разъяснения связи между классом и маркой бетона и решения частого конфликта Заказчика и Подрядчика, когда испытания конструкции показывают меньшую среднюю прочность.
Каждый из нас, если он конечно не живет в глухой лесной деревне, постоянно сталкивается с бетоном. Это один из самых распространенных материалов, применяемых в современном строительстве. Он прочен, огнестоек, принимает любую форму, позволяет выполнять самые разнообразные конструкции. При этом его стоимость относительно низка, что делает его максимально удобным в строительстве.
Итак, какими параметрами обладает бетон, как определить подходит ли он для строительства например частного дома? Каждый, кто собирался строить себе дом или уже построил слышал наверняка о некоторых параметрах бетона. Если мы обратимся на завод по производству бетона, или, как он называется "Растворно-Бетонный узел", то мы получим стоимость бетона например B25W6F100.
Что означают эти цифры?
Первое: B25 - это класс бетона по прочности - основной параметр, контролируемый при производстве работ, обеспечивает необходимую прочность конструкции.
Давайте немного отвлечемся, что такое прочность какой-либо конструкции? Очевидно это некий параметр, который определяет нагрузку, которую может выдержать данный элемент. Для бетона (и не только для бетона) прочность определяется величиной давления, которое способен выдержать наш элемент без разрушения. Давление из курса школьной физики - это величина характеризующая отношение силы, приложенной к поверхности в перпендикулярном направлении к площади этой поверхности. "В чем сила брат...?" как известно в Ньютонах, но это в науке, а в технике частенько применяют так называемый килограмм Силы или КгС. Это величина приблизительно в 10 (точнее в 9,8) раз меньшая силы в Ньютонах. То есть 10 КгС, это 98 Н. Тогда давление в науке это Ньютоны, деленные на метры квадратные (Н/М2), ну а в технике это килограммы, деленные на сантиметры квадратные (Кгс/См2). Вот такая не стыковка. Для бетона все еще интереснее. Марка бетона по прочности считается как Кгс/См2, а вот класс - это Н/М2 или Па (Паскаль). Поскольку прочность бетона высокая, то класс бетона определяют в Мега Паскалях (МПа), то есть миллионах ньютонов на метр квадратный. Чувствуете... миллион Ньютонов это что-то порядка 100 000 кг на метр квадратный. Бетонный образец прочностью 1 МПа, на каждый свой метр квадратный поверхности готов воспринять 100 тыс. тонн.
Но на самом деле все немного, а точнее много сложнее. Бетон - это сложный минерал. Это кристаллический материал, кристаллогидрат, то есть соединение с водой. Да, бетон образует такой прочный материал именно в соединении с водой. Он не сохнет, как многие считают, а твердеет реагируя именно с водой. Потому бетонные конструкции после их первичного схватывания можно и нужно обильно увлажнять и недостаток воды может привести к растрескиванию или снижению прочности конструкции. А вон на этапе первоначального схватывания воды должно быть строго отмеренное количество, поэтому при заливке добавлять в бетон воду категорически нельзя.
Я не буду здесь расписывать все химические преобразования, которые происходят при твердении и наборе прочности, но скажу так. Первый этап - образуется некий каркас, объемная пространственная структура изделия и на этом соотношение цемента и воды должно быть строго выверенным. После чего этот каркас заполняется несколько иными соединениями и там именно недостаток воды будет снижать качество конструкции.
Для регулирования процессов образования кристаллогидратов в бетонной конструкции в бетон внедряют массу добавок, которые не вступая непосредственно в реакцию твердения регулируют ее прохождение, защищают например воду от замерзания при низких температурах позволяя бетону твердеть зимой, увеличивают подвижность бетонной смеси что позволяет заливать конструкции сложной формы, влияют на иные свойства, например на водонепроницаемость.
В свое время и, кстати не так давно на бетонных заводах применялось достаточно несложное оборудование. В бак смесителя почти "лопатами" закидывали исходные вещества (цемент, песок, щебень) лили воду, перемешивали, добавляли присадки - вот он готовый раствор. Поскольку качество готового бетона сильно зависит от точности дозирования компонентов и их качества, то на выходе мы получали бетон самой различной прочности. Завод выдавал разные марки бетона, но выдерживал некоторое среднее значение - так называемую марочную прочность. Производя анализ образцов, которые завод изготавливал из каждого "замеса" технологи получали некоторую статистическую величину, называемую коэффициентом вариации, которая характеризовала насколько сильно и часто возникали отклонения в прочности.
Не вдаваясь в математические и статистические вычисления можно представить это так:
Пусть мы сделали 1000 замесов, и получили 1000 образцов. Проверили прочность, получили разные результаты, вывели среднее значение - это как раз наша марка бетона. Потом подсчитали количество образцов прочность которых лежит в диапазоне например +/- 10 Кгс/См2. Их довольно много, посчитали сколько образцов имеет прочность от от 10 до 30 КгС/см2 выше средней, и так же ниже, потом 30-50, 50-70 и т.д. цифры прочностей взяты исключительно для примера и не несут никакой нагрузки. Построили некоторое распределение:
Теперь мы видим как распределяются наши образцы по прочности и какова вероятность того, что наш образец и конструкция выдержат такую нагрузку. Чем более точен технологический процесс на всей цепочке от завода изготовителя цемента, поставщика песка, и бетона, до строительной площадки, где бетон уложили в конструкцию, тем "острее" будет пик кривой и меньше вероятность получения некачественного конструктивного элемента.
А как же быть конструктору, какую прочность закладывать в расчет? Среднюю? Но разброс весьма велик. Зная теорию вероятности и статистику можно подсчитать вероятность того, что наш образец, ну и конструкция будет иметь достаточную прочность.
Это собственно и делают технологи завода, выдавая в качестве параметров нашего бетона не марку, а класс прочности, который обозначается ,буквой В, и характеризует прочность с гарантией 95%. То есть произведя массу статистических расчетов и обработок результатов испытаний завод гарантирует, что 95 процентов изделий будут иметь прочность выше, указанной в классе.
Если вы попробуете поискать в интернете методы определения прочности, то не имея математического образования вы гарантированно утонете в выкладках и расчетах. Мне кажется что некоторые авторы сами плохо понимают эти расчеты потому, что иногда они сами себе противоречат.
На самом деле все в принципе понятно и без математики.
Вот на картинке я выделил цветом ячейки, в которых находится именно 5%, то есть 50 образцов из 1000 прочность которых ниже, прочности, определяемой классом. Прекрасно видно, что чем точнее завод изготавливает бетон, чем "острее" пик распределения, тем меньше различий средней прочности полученной при испытании образцов и его прочности по классу.
Когда любимый Заказчик, получив от лаборатории результат испытаний нашей конструкции и увидев среднее значение меньшее, чем он нашел ну например вот в этой таблице:
Он легко найдет ее в интернете набрав поисковый запрос например связь марки, бетона, его средней прочности и марки. Приходит в неимоверное возбуждение и кричит, что необходимо срочно назначить экспертизу, произвести дополнительный расчет, доказать и показать, а проектировщики радостно потирают руки видя, что сейчас им будут платить, причем за счет Подрядчика. А работать им вовсе не надо, они-то в курсе, что класс бетона определяет именно прочность 95% образцов и именно на этой цифре выполняется прочностной расчет.
Я думаю, что тут конечно уместно напомнить, что данная таблица составлена исходя из коэффициента вариации 13,5%, именно такой показатель выдавали бетонный заводы 80-х. А потом показать паспорт бетона, с текущим коэффициентом вариации по данному заводу.
Потом можно попросить предоставить статистический расчет, отражающий расчетное значение, средней прочности образца бетона при данном коэффициенте вариации. Ну и наконец для определения среднего значения нужно произвести серию испытаний, не менее ста, а лучше более. Вот если в этой серии выяснится несоответствие среднего значения полученному образцу или выявится превышение 5% количества образцов с прочностью ниже, чем предусмотрена классом. Вот тогда только и можно говорить о нарушении качества.
Обычно проектировщики быстренько выдают заключение о достаточности прочности, полученной в результате испытаний и работы продолжаются.
А это и правильно.
На этом экскурс в прочностные параметры бетона заканчиваю надеюсь я объяснил достаточно понятно и не очень занудно.
