ТЕСТ КУБІВ БЕТОНУ НА МІЦНІСТЬ

Фундамент – це невід’ємна частина будь-якої будівлі, що передає навантаження від надземних конструкцій на ґрунтову основу. Його міцність безпосередньо впливає на стійкість, довговічність та безпеку всієї споруди. Основним показником, що характеризує якість бетону для фундаментів, є міцність на стиск. Цей параметр визначає здатність матеріалу витримувати зовнішні навантаження без руйнування чи деформації. Згідно з ДБН В.2.6-98:2009 ‘Бетонні та залізобетонні конструкції’, клас бетону за міцністю на стиск позначається літерою ‘B’ та числовим значенням (наприклад, B25, B30), що відповідає гарантованій кубовій міцності в МПа з забезпеченістю 0,95. Тобто, для бетону класу B25 лише 5% зразків можуть мати міцність нижче 25 МПа. Вибір класу бетону залежить від типу фундаменту (стрічковий, плитний, пальовий), розмірів, розрахункових навантажень, а також від інженерно-геологічних умов ділянки.

Недостатня міцність бетону у фундаменті може призвести до осідання будівлі, появи тріщин у стінах, а в екстремальних випадках – до руйнування конструкції. Саме тому регулярний контроль міцності є обов’язковим етапом будівельного процесу. Класи бетону C8/10, C12/15, C16/20, C20/25, C25/30, C30/37 тощо, що використовуються в європейській практиці (EN 206-1:2000), мають свої відповідники в українських стандартах. Наприклад, клас C20/25 є аналогом B25. Ця класифікація враховує циліндричну та кубову міцність, що дозволяє точніше оцінювати характеристики матеріалу залежно від форми навантаження. Для забезпечення довговічності критично важливо використовувати високоякісний бетон, який відповідає всім проєктним вимогам.

Окрім міцності на стиск, для фундаментів важливі й інші характеристики бетону, такі як морозостійкість (F-індекс), водонепроникність (W-індекс) та стійкість до агресивних середовищ. Ці параметри особливо актуальні в умовах українського клімату, що характеризується значними сезонними коливаннями температур та високим рівнем ґрунтових вод у багатьох регіонах. Однак, міцність на стиск залишається базовим показником, на який спираються всі розрахунки та проєктування. Тому коректне та точне тестування міцності кубів бетону – це запорука успішного та безпечного будівництва.

В Україні контроль якості бетону, зокрема його міцності, регламентується низкою державних стандартів (ДСТУ). Ці стандарти гармонізовані з європейськими нормами та забезпечують єдиний підхід до випробувань та оцінки характеристик матеріалів. Ключовими документами, що стосуються тестування кубів бетону на міцність, є:

• ДСТУ Б В.2.7-170:2008 ‘Бетони. Методи визначення міцності за контрольними зразками’. Цей стандарт встановлює методи виготовлення контрольних зразків бетону, їх витримки, а також порядок проведення випробувань на стиск, розтяг при вигині та осьовий розтяг. Він є основним документом, що регулює процедуру лабораторного контролю міцності.
• ДСТУ Б В.2.7-214:2009 ‘Бетони. Методи визначення міцності неруйнівними методами’. Хоча ця стаття зосереджена на руйнівному контролі (куби), цей стандарт є важливим для комплексної оцінки, оскільки передбачає застосування ультразвукових та ударно-імпульсних методів для оперативної оцінки міцності безпосередньо на будівельному майданчику, що доповнює результати кубових випробувань.
• ДБН В.2.6-98:2009 ‘Бетонні та залізобетонні конструкції’. Цей державний будівельний норм містить загальні положення щодо проєктування бетонних та залізобетонних конструкцій, включаючи вимоги до класу бетону, його характеристик та допустимих відхилень.

Згідно з ДСТУ Б В.2.7-170:2008, стандартні розміри контрольних зразків-кубів для визначення міцності на стиск – 100х100х100 мм, 150х150х150 мм або 200х200х200 мм. Найчастіше використовуються куби 150х150х150 мм. Нормативні документи чітко регламентують кількість зразків, що відбираються від однієї партії бетону (зазвичай не менше 6 кубів для однієї серії випробувань: 3 для 7-добової міцності та 3 для 28-добової), а також періодичність контролю. Відхилення від цих норм не лише ставить під сумнів об’єктивність результатів, а й є порушенням будівельних норм, що може мати юридичні наслідки. Важливо також враховувати якість інженерних систем, які будуть інтегровані в бетонні конструкції, щоб уникнути їх пошкодження під час будівельних робіт.

Точність визначення міцності бетону починається з правильного відбору та формування контрольних зразків. Цей етап є одним з найбільш відповідальних, оскільки будь-які відхилення від технології можуть значно спотворити кінцевий результат випробування. Згідно з ДСТУ Б В.2.7-170:2008, відбір проб бетону для виготовлення зразків повинен здійснюватися безпосередньо на місці укладання, під час вивантаження бетонної суміші з міксера або після подачі на будівельний майданчик.

Основні правила та етапи відбору і формування зразків:

1. Кількість зразків: Для кожної серії випробувань, що відповідає певній партії бетону (як правило, не більше 150-200 м³ або однієї зміни роботи бетонного заводу), виготовляється мінімум 6 кубів. Ці 6 кубів діляться на дві серії: одна випробовується у віці 7 діб для попередньої оцінки міцності, друга – у віці 28 діб для остаточного визначення класу бетону.
2. Використання форм: Для формування кубів використовуються спеціальні металеві форми з точними геометричними розмірами (100x100x100 мм або 150x150x150 мм), що відповідають вимогам ДСТУ. Форми повинні бути чистими, змащеними тонким шаром мінерального масла або спеціальною антиадгезійною рідиною, щоб запобігти прилипанню бетону.
3. Заповнення форм: Бетонна суміш укладається у форми пошарово (зазвичай у 2-3 шари) і ретельно ущільнюється. Метод ущільнення залежить від рухливості бетонної суміші. Для пластичних сумішей застосовують вібрацію на лабораторному вібростолі, для малорухливих – штикування металевим стрижнем. Кожен шар ущільнюється до моменту появи цементного молока на поверхні та припинення осідання суміші.
4. Маркування: Після заповнення та ущільнення поверхня куба розрівнюється кельмою. Кожен зразок повинен бути промаркований із зазначенням дати виготовлення, номера партії бетону, класу та типу конструкції (наприклад, ‘фундамент’). Це дозволяє уникнути плутанини та забезпечити повну простежуваність результатів.

Дотримання цих правил критично важливе. Наприклад, недостатнє ущільнення призводить до наявності повітряних пустот, що знижує фактичну міцність. Надмірне ущільнення може викликати розшарування суміші. Таким чином, якість лабораторного обладнання та кваліфікація персоналу, який виконує відбір та формування зразків, відіграють вирішальну роль у забезпеченні достовірності кінцевих результатів.

Після формування контрольні зразки бетону повинні пройти стандартизований період витримки, який є не менш важливим етапом, ніж сам процес випробування. Умови витримки безпосередньо впливають на швидкість гідратації цементу і, відповідно, на набір міцності бетону. Будь-які відхилення від нормативних умов можуть спотворити результати, зробивши їх нерепрезентативними.

Згідно з ДСТУ Б В.2.7-170:2008 та іншими міжнародними стандартами (наприклад, EN 12390-2), контрольні зразки бетону повинні витримуватися в нормальних умовах. Це означає, що протягом усього періоду твердіння необхідно підтримувати певні параметри мікроклімату:

1. Температура: Стандартна температура витримки становить (20 ± 2) °C. Відхилення від цього діапазону можуть як прискорити, так і сповільнити набір міцності. Наприклад, при низьких температурах (менше 10 °C) гідратація цементу сповільнюється, а при надмірно високих (більше 30 °C) може відбуватися випаровування води та передчасне висихання, що негативно впливає на кінцеву міцність.
2. Вологість: Відносна вологість повітря повинна підтримуватися на рівні не менше 95%. Це забезпечує оптимальні умови для протікання хімічних реакцій гідратації цементу та запобігає висиханню бетону. У лабораторних умовах це досягається шляхом витримки зразків у спеціальних вологих камерах, ваннах з водою, насиченою вапном, або під шаром мокрого піску. Перші 24 години зразки зазвичай витримують у формах, вкритих плівкою, для запобігання випаровування вологи.

Стандартний вік для проведення випробувань – 7 діб та 28 діб. 7-добова міцність дає оперативну оцінку якості бетону, оскільки до цього часу набирається близько 60-70% марочної міцності. 28-добова міцність вважається проєктною (марочною) і є основним показником для прийняття рішення про відповідність бетону встановленому класу. У разі необхідності, можуть проводитися випробування і в іншому віці, наприклад, 3, 14, 56 або 90 діб, що регламентується проєктною документацією або спеціальними умовами.

Дотримання цих умов дозволяє забезпечити, що міцність бетону, визначена в лабораторії, максимально точно відповідає його потенційній міцності в реальній конструкції, за умови дотримання належної технології укладання та догляду за бетоном на будівельному майданчику.

Після завершення періоду витримки контрольні зразки бетону піддаються випробуванню на стиск за допомогою спеціалізованого гідравлічного преса. Цей процес є стандартизованим і вимагає чіткого дотримання методики, щоб забезпечити точність та відтворюваність результатів.

Основні етапи та вимоги до випробування:

1. Підготовка преса: Випробувальний прес повинен бути відкалібрований згідно з вимогами ДСТУ EN ISO 7500-1:2018 ‘Випробування металевих матеріалів. Перевіряння машин для статичного одновісного випробування на розтяг/стиск. Частина 1: Машини для випробування на розтяг і стиск’ (або аналогічні стандарти). Калібрування гарантує, що показання навантаження є точними. Перевіряється також чистота опорних плит преса, які повинні бути сухими та вільними від будь-яких сторонніх частинок, що можуть вплинути на рівномірність передачі навантаження.
2. Розміщення зразка: Бетонний куб розміщується на нижній опорній плиті преса таким чином, щоб навантаження прикладалося перпендикулярно до напрямку бетонування (тобто, бічними гранями до плит преса). Центр зразка повинен бути точно суміщений з віссю навантаження преса. Верхня рухома плита опускається до контакту зі зразком.
3. Прикладання навантаження: Навантаження на зразок прикладається безперервно та рівномірно зі стандартизованою швидкістю. Згідно з ДСТУ Б В.2.7-170:2008, швидкість зростання напруги повинна становити (0,6 ± 0,2) МПа/с для бетону класу до B30 і (0,8 ± 0,2) МПа/с для бетону вищого класу. Занадто швидке або занадто повільне прикладання навантаження може призвести до невірних результатів. Навантаження збільшується до моменту повного руйнування зразка.
4. Фіксація результатів: Максимальне навантаження, яке витримав зразок до руйнування, фіксується. Зазвичай преси оснащені цифровими індикаторами, які автоматично реєструють це значення. Важливо також візуально зафіксувати характер руйнування (конусоподібне, стовпчасте, розколювання), оскільки це може вказувати на певні недоліки в бетоні або процесі його ущільнення.

Після отримання значення максимального навантаження (P, в кН) міцність на стиск (R, в МПа) розраховується за формулою: R = P / A, де A – площа опорної поверхні зразка (для куба 150х150 мм A = 150 мм × 150 мм = 22500 мм² або 0,0225 м²). Результати для всіх трьох зразків однієї серії усереднюються для отримання репрезентативного значення міцності серії. Ця процедура вимагає високої точності та кваліфікації оператора. Правильне виконання тесту є запорукою достовірності отриманих даних, що в свою чергу впливає на загальну надійність проєктів.

Отримані в результаті випробувань значення міцності на стиск є основою для визначення фактичного класу бетону та його відповідності проєктним вимогам. Це фінальний та найважливіший етап, що визначає подальші рішення щодо використання бетонної конструкції.

Процес інтерпретації та визначення класу складається з декількох кроків:

1. Розрахунок середньої міцності: Для кожної серії з трьох зразків, випробуваних у певному віці (наприклад, 28 діб), розраховується середнє арифметичне значення міцності на стиск. Якщо міцність окремих зразків значно відрізняється (більш ніж на 10-15% від середнього), це може свідчити про неоднорідність бетону або помилки при формуванні/випробуванні. У такому випадку, згідно з ДСТУ Б В.2.7-170:2008, ‘аномальні’ результати можуть бути відкинуті, або випробування необхідно повторити.
2. Порівняння з проєктним класом: Отримана середня міцність порівнюється з проєктним класом бетону (наприклад, B25). Важливо пам’ятати, що клас B25 означає гарантовану міцність 25 МПа з забезпеченістю 95%. Це означає, що середня міцність за результатами контрольних випробувань повинна бути не просто вищою за 25 МПа, але й задовольняти вимоги до варіації результатів, які враховуються при статистичній обробці. Зазвичай, середня фактична міцність повинна перевищувати проєктну на 10-15% для врахування статистичних коливань.
3. Визначення фактичного класу: Якщо середня міцність серії та її варіація відповідають вимогам стандарту для певного класу, бетон вважається відповідним цьому класу. Якщо міцність виявилася нижчою за проєктну, можуть бути призначені додаткові випробування (наприклад, неруйнівними методами безпосередньо в конструкції) або прийняті рішення щодо посилення конструкції чи її заміни.
4. Заповнення протоколу: Всі результати випробувань, розрахунки, визначений клас бетону, а також інформація про зразки та умови випробувань заносяться до протоколу. Цей документ є офіційним підтвердженням якості бетону і має юридичну силу.

Систематичний контроль міцності бетону та правильна інтерпретація результатів дозволяють уникнути ризиків, пов’язаних з використанням неякісного матеріалу, та забезпечують відповідність будівельних конструкцій розрахунковим параметрам. Це особливо актуально для об’єктів в Україні, де інспекційні органи ретельно перевіряють відповідність будівельних матеріалів встановленим нормам та стандартам. Вибір ділянки для будівництва також впливає на вимоги до міцності фундаментів. Детальніше про це можна дізнатися за посиланням: Вибір ділянки.

Міцність бетону – це не лише результат гідратації цементу, а й комплексна властивість, на яку впливає велика кількість взаємопов’язаних факторів. Розуміння цих факторів є ключовим для виробництва бетону заданого класу та забезпечення його стабільних характеристик. До основних впливових чинників належать:

1. Водоцементне співвідношення (В/Ц): Це один з найважливіших показників. Чим менше водоцементне співвідношення (при достатній удобоукладальності), тим вища міцність бетону. Надлишок води у бетонній суміші утворює пори після випаровування, знижуючи щільність та міцність затверділого цементного каменю. Оптимальне В/Ц коливається в межах 0,3-0,6 залежно від марки цементу та необхідної рухливості суміші.
2. Марка та тип цементу: Різні марки цементу (наприклад, ПЦ І-500, ПЦ ІІ/А-Ш-400) мають різний склад, швидкість гідратації та кінцеву міцність. Використання високомарочного цементу дозволяє отримати бетон більшої міцності при інших рівних умовах. Сульфатостійкий цемент, наприклад, призначений для бетонів, що експлуатуються в агресивних середовищах.
3. Якість заповнювачів: Пісок і щебінь (гравій) становлять до 80% об’єму бетону. Їх міцність, чистота, зерновий склад, форма зерен та відсутність шкідливих домішок суттєво впливають на міцність бетону. Використання митих і фракціонованих заповнювачів, що відповідають ДСТУ Б В.2.7-30:2007 ‘Пісок для будівельних робіт’ та ДСТУ Б В.2.7-34:2007 ‘Щебінь для будівельних робіт’, є обов’язковим.
4. Добавки: Пластифікатори, суперпластифікатори, прискорювачі та сповільнювачі твердіння, морозостійкі добавки – всі вони модифікують властивості бетонної суміші та затверділого бетону. Наприклад, пластифікатори дозволяють знизити В/Ц без втрати рухливості, що прямо впливає на підвищення міцності.
5. Ущільнення бетонної суміші: Недостатнє ущільнення призводить до утворення повітряних пустот, які значно знижують міцність. Використання вібраторів (глибинних або поверхневих) є стандартом для забезпечення максимальної щільності бетону.
6. Умови твердіння та догляд за бетоном: Підтримання оптимальної температури та вологості протягом перших днів і тижнів твердіння є критично важливим. Захист від швидкого висихання (полив водою, укриття плівкою) запобігає появі усадкових тріщин та сприяє повній гідратації цементу, що забезпечує набір проєктної міцності. Нехтування цими правилами, особливо в спекотну або вітряну погоду, може знизити міцність бетону на 20-30%.

Комплексний підхід до контролю всіх цих факторів – від підбору компонентів до догляду за затверділим бетоном – є гарантією отримання матеріалу з заданими міцнісними характеристиками, що є критично важливим для надійності будь-яких будівельних проєктів.

Тестування кубів бетону на міцність є не просто лабораторною процедурою, а невід’ємним інструментом будівельного контролю, що має пряме практичне значення. Воно дозволяє не лише підтвердити якість поставленого бетону, але й оперативно реагувати на можливі відхилення. Практичне застосування випробувань охоплює всі етапи від приготування суміші до експлуатації конструкції.

Коли і хто проводить тестування:

• На бетонних заводах: Виробники бетону регулярно проводять випробування для контролю якості своєї продукції та отримання сертифікатів відповідності. Це гарантує, що бетон, що постачається на об’єкти, відповідає заявленому класу.
• На будівельних майданчиках: Замовник або генпідрядник організовує відбір та випробування контрольних зразків безпосередньо з кожної партії бетону, що укладається в несучі конструкції (фундаменти, колони, перекриття). Це дозволяє контролювати якість матеріалу, що фактично використовується, з урахуванням умов транспортування та укладання. Випробування зазвичай проводять незалежні будівельні лабораторії, акредитовані згідно з ДСТУ ISO/IEC 17025.
• При прийманні робіт: Результати тестування є обов’язковою частиною виконавчої документації та підставою для прийняття конструкції в експлуатацію.

Типові помилки, яких слід уникати:

1. Неправильний відбір зразків: Відбір зразків з перших або останніх порцій міксера, що не є репрезентативними для всієї партії. Недостатня кількість зразків.
2. Порушення технології формування: Недостатнє або надмірне ущільнення, нерівна поверхня куба, використання брудних або пошкоджених форм.
3. Недотримання умов витримки: Витримка зразків на відкритому повітрі без захисту від висихання, при неконтрольованій температурі. Це може призвести до значного недобору міцності.
4. Некоректне випробування: Використання невідкаліброваного преса, неправильне центрування зразка, невідповідна швидкість прикладання навантаження.
5. Помилки в інтерпретації: Неправильний розрахунок середньої міцності, ігнорування ‘аномальних’ результатів без їх перевірки.
6. Відсутність маркування: Втрата інформації про зразок, що унеможливлює відстеження партії бетону.

Уникнення цих помилок вимагає високої кваліфікації персоналу, що проводить випробування, а також суворого дотримання вимог нормативної документації. Якість та надійність будівництва в Україні безпосередньо залежать від відповідального ставлення до контролю міцності бетону. Це забезпечує не лише довговічність споруд, але й безпеку людей, що в них проживають чи працюють.