Сегодня будущие характеристики бетонной смеси в полной мере зависят от критериев её прочности. Поэтому в строительстве определение степени прочности бетонных конструкций является необходимой процедурой, на основании которой производиться вывод о соответствии материалов утверждённым стандартам. Так, к критериям прочности относят показатели растяжения, изгибов, сжатия, а также степень однородности бетонной смеси. Качественный бетон может успешно противостоять различным нагрузкам и отрицательному воздействию окружающей среды.
Методы проверки прочности бетона
На данный момент существует два основных метода определения прочности бетона: с помощью разрушающего либо неразрушающего контроля. Механические способы неразрушающего контроля основываются на взаимосвязи прочности бетона с прочими механическими свойствами, такими, как усилие при скалывании, сопротивление отрыву и твёрдость при сжатии. В зависимости от типа оцениваемого свойства применяются зачастую следующие способы неразрушающих испытаний:
- отрыв;
- пластическая деформация;
- скол ребра;
- упругий отскок.
Выбор способа испытаний зависит от размера и формы изделий, цели проводимых мероприятий, требований, выдвигаемых к точности полученных результатов и от степени удобства испытаний.
В мировой практике наибольшее распространение в определении прочностных характеристик получил прибор под названием молоток Шмидта. У нас его часто называют склерометром, что в переводе с греческого означает «измеритель твёрдости».
Молоток Шмидта был разработан в 1948 году швейцарским инженером Эрнстом Шмидтом. Именно молоток Шмидта впервые дал возможность измерить прочность бетонных конструкций на месте проведения строительных работ.
Принцип работы молотка Шмидта
Молоток Шмидта работает по принципу упругого отскока, который основан на измерениях поверхностей бетона на его твёрдость. Этот способ позаимствован из практики измерения степени прочности металла. Заключается он в воздействии ударами с помощью специального ударника по сферическому штампу, который предварительно прижимается к бетону.
Склерометр устроен таким образом, что после удара по бетону специальная система пружин позволяет ударнику осуществлять свободный отскок. При этом величина обратного отскока характеризует степень твёрдости оцениваемого материала. А с помощью установленной на прибор градуированной кривой вычисляется прочность бетона.
Конструкция молотка Шмидта включает в себя:
1 – ударный плунжер или индентор.
2 – бетонная поверхность, над которой проводят контроль прочности.
3 – корпусная часть.
4 – ползунок, оснащённый направляющими стержнями.
5 – конус корпусной части.
6 – кнопка-стопор.
7 – шток бойка, обеспечивающий направление работы инструмента.
8 – шайба для установки бойка.
9 – колпачок.
10 – кольцо для разъёма.
11 – задняя крышка инструмента.
12 – сжимающая пружина.
13 – предохраняющая часть конструкции.
14 – боек, имеющий определённую массу.
15 – пружина для фиксации.
16 – ударяющая пружина.
17 – втулка, направляющая работу молотка.
18 – войлочное кольцо.
19 – дисплейное окно, показывающее шкалу Шмидта.
20 – винт для сцепления.
21 – контрольная гайка.
22 – штифт.
23 – предохраняющая пружина.
В целом работа молотка основана на вычислении ударного импульса, который возникает при приложении нагрузки. Удар производят о твёрдую поверхность (бетон), без наличия металлической арматуры и замеряют высоту отскока бойка, дающую показание прочности бетона на сжатие.
Схема работы с молотком Шмидта заключается в следующем:
- ударный механизм прибора приставляется к исследуемой поверхности;
- двумя руками производиться плавный нажим на молоток по направлению к поверхности бетона до момента появления удара бойка;
- после чего на шкале высвечиваются показания;
- для более точных результатов показания снимаются 9 раз.
Измерения следует проводить на небольших участках, которые предварительно расчерчиваются на квадраты, каждый из которых, подвергается исследованию. Все показания прочности фиксируются, а затем сравниваются. Расстояние между ударами должно быть не менее 25 мм. Иногда полученные данные могут иметь определённые отклонения либо быть одинаковыми. По полученным результатам испытаний определяется среднее арифметическое. Если при испытаниях удар бойка произошёл на пустоте заполнителя, то такие данные не следует учитывать, а удар повторить в другом месте.
Разновидности молотка Шмидта
По своему принципу работы молоток Шмидта делиться на два подтипа:
- устройство механического воздействия – имеет корпус конструкции в форме цилиндра, внутри которого размещается ударный механизм, состоящей из индикаторной шкалы со стрелкой и отталкивающей пружины. Подобный инструмент предназначен для определения показателя прочности бетона в пределах от 5 Мпа до 50 Мпа. Молоток Шмидта механического типа применяется при обследовании железобетонных либо бетонных конструкций;
- устройство ультразвукового действия – оснащается встроенным либо внешним электронным блоком. Все получаемые во время измерения показания отображаются на дисплее и могут оставаться в памяти прибора в течение определённого периода времени. При желании молоток может подключаться к компьютеру благодаря дополнительному оснащению специализированными разъёмами и клавиатурой. Такой прибор способен диагностировать показатели, находящиеся в диапазоне от 5 Мпа до 120 Мпа. Предел памяти сохранения результатов предполагает возможность сохранения 1000 версий в течение 100 дней.
В зависимости от энергии удара молоток Шмидта подразделяется на типы:
- МШ 20 – обладает наименьшим значением энергии удара (196 Дж). Прибор используется чаще всего при определении показателя прочности цементных растворов кирпичной кладки;
- тип молотка РТ – 200-500 Дж. Используется для определения прочности свежего бетона в цементно-песчаной стяжке. Это молоток маятникового типа, производящий замеры как вертикально, так и горизонтально;
- МШ 75 (тип L) – энергия удара обладает 735 Дж. В основном применяется, чтобы определить прочность бетонных изделий с толщиной менее 100мм и кирпича;
- МШ-225 (тип N) – наиболее мощный молоток с энергией удара в 2207 Дж. Устройство предназначено для определения прочности бетонных конструкций с толщиной от 70 до 100 мм и более. Диапазон измерений находится в пределах от 10 до 70 МПа. На корпусе склерометра размещается таблица с тремя графиками.
Немного цифр
Каждый вид молотка Шмидта предназначен для конкретных целей. Основные области применения и характеристики каждой модификации прибора могут быть различными:
| Предел диапазона прочности на сжатие бетона | |||||
| От 1 МПа до 5 МПа | От 5 МПа до 10 МПа | От 10 МПа до 30 МПа | От 30 МПа до 70 МПа | От 70 МПа до 100 МПа | >100 МПа |
| Свежий бетон с низкими показателями прочности | Обычный бетон | Бетон с высокими показателями прочности | Бетон со сверхвысокой прочностью |
Прочность бетонных конструкций на сжатие может выражаться в двух системах:
- М (марка бетона) – обозначается от 50 до 1000 кг/см2. Максимально допустимым отклонением значения прочности считается 13,5%;
- В (класс бетона) – определяет кубиковую прочность, показывающую величину давления в МПа.
Согласно утверждённым стандартам соответствие марки бетона его классу отображено в таблице.
Класс и марка бетона определяется только спустя 28 дней с момента заливки бетонной конструкции.
Показания шкалы в зависимости от класса и марки бетона может варьироваться в пределах:
| Марка и класс бетона |
М100/ В7,5 |
В10 |
М150/ В12,5 |
М200/ В15 |
М250/ В20 |
М300/ В22,5 |
М350/ В27,5 |
М400/ В30 |
М450/ В35 |
М500/ В40 |
М600/ В45 |
| Удар сверху по вертикали | 10 | 12 | 20 | 24 | 30 | 34 | 38 | 41 | 44 | 47 | 49 |
| Удар снизу по вертикали | 20 | 23 | 28 | 32 | 38 | 41 | 45 | 47 | 50 | 52 | 55 |
| Удар по горизонтали | 13 | 18 | 24 | 28 | 34 | 37 | 41 | 43 | 47 | 49 | 52 |
Стоимость молотка Шмидта на рынке сильно варьируется:
- электронные модификации прибора можно приобрести в среднем за 31 тыс. – 58 тыс. рублей;
- цена механических приборов находится в пределах 13 тыс. – 30 тыс.
Для получения качественных измерений следует также учитывать состояние наружной поверхности бетонных конструкций. Например, бетон, изменившийся в результате внешних воздействий: огня, химических реагентов, мороза. В подобных ситуациях использовать молоток Шмидта не стоит.
К альтернативным методам проверки бетона на прочность также относят использование механизмов, основанных на определении значений глубины попадания устройства в толщу бетонного слоя: молотки Кашкарова и Физделя.
Молоток Шмидта: характеристики и советы по использованию
Содержание
- Особенности и назначение
- Устройство и принцип работы
- Инструкция по применению
- Разновидности
- Преимущества и недостатки
Молоток Шмидта был изобретен еще в 1948 году, благодаря работам ученого из Швейцарии – Эрнеста Шмидта. Появление данного изобретения сделало возможным измерение прочности конструкций из бетона на территории, где проводится стройка.
Особенности и назначение
На сегодняшний день практикуется несколько способов проверки бетона на прочность. Основой механического способа является контроль взаимосвязи между прочностью бетона и его другими механическими свойствами. Процедура определения данным методом основана на сколах, сопротивлениях отрывам, твердости в момент сжатия. Во всем мире зачастую используется молоток Шмидта, при помощи которого определяются прочностные характеристики.
Данный прибор по-другому называется склерометром. Он позволяет правильно проверить прочность, а также осуществить обследование железобетонной и бетонной стен.
Измеритель твердости нашел свое применение в следующих сферах:
- измерение прочности бетонного изделия, а также строительного раствора;
- оказывает помощь в обнаружении слабых мест в бетонных изделиях;
- позволяет осуществлять контроль качества готового объекта, что собран из бетонных элементов.
Ассортимент измерителя довольно широк. Модели могут иметь отличие в зависимости от характеристик проверяемых предметов, например, толщины, размера, энергии удара. Молотки Шмидта могут охватывать бетонные изделия в диапазоне от 10 до 70 Н/мм². А также пользователь может приобрести электронный инструмент для измерения прочности бетона ND и LD Digi-Schmidt, которые работают автоматически, выдавая результаты измерений на монитор в цифровом виде.
Устройство и принцип работы
Конструкции большинства склерометров состоят из следующих элементов:
- плунжер ударного типа, индентор;
- корпус;
- ползунки, что оснащены стержнями для направления;
- конус в основе;
- кнопки стопора;
- штоки, что обеспечивает направленность функционирования молотка;
- колпачки;
- кольца разъема;
- задняя крышка прибора;
- пружина со сжимающими свойствами;
- предохраняющие элементы конструкций;
- бойки с определенным весом;
- пружины с фиксирующими свойствами;
- ударяющие элементы пружин;
- втулка, что направляет функционирование склерометра;
- войлочные кольца;
- индикаторы шкалы;
- винты, что осуществляют процесс сцепки;
- гайки контроля;
- штифты;
- пружины предохранения.
Функционирование склерометра имеет основу в виде отскока, характеризующегося упругостью, что формируется при измерениях импульса удара, который возникает в конструкциях при их нагрузке. Устройство измерителя произведено так, что после осуществления ударных действий об бетон пружинная система дает ударнику возможность сделать свободный отскок. Градуированная шкала, вмонтированная на приборе, вычисляет искомый показатель.
После использования инструмента стоит пользоваться таблицей значений, в которой описаны пояснения полученных измерений.
Инструкция по применению
Функционирует мотоблок Шмидта на вычислениях ударных импульсов, что возникают во время нагрузок. Удары производятся о твердые поверхности, в которых не имеется арматур из металла. Использовать измеритель необходимо по следующей схеме:
- приставить ударный механизм к поверхности, которая будет исследоваться;
- используя обе руки, стоит осуществить плавное нажатие на склерометр в направлении к бетонной поверхности до того момента, пока не появиться удар бойка;
- на шкале показаний можно увидеть показания, что высвечиваются после проведения вышеперечисленных действий;
- чтобы показания были абсолютно точными, проверка прочности при помощи молотка Шмидта должна проводиться 9 раз.
Проводить измерения необходимо на участках с небольшими размерами. Их предварительно расчерчивают на квадраты и после исследуют поочередно. Каждое из показаний прочности необходимо зафиксировать, а после сравнить с предыдущими. При процессе стоит придерживаться расстояния между ударами в 0,25 см. В некоторых ситуациях данные, что получены, могут отличаться друг от друга либо быть идентичными. Из полученных результатов высчитывается среднее арифметическое значение, при этом возможна незначительная погрешность.
Важно! Если во время проведения измерений удар попал на пустой заполнитель, то полученные данные не учитываются. В данной ситуации необходимо провести повторный удар, но в другой точке.
Разновидности
По принципу действия измерители прочности бетонных конструкций делят на несколько подтипов.
- Склерометр с механическим воздействием. Он оснащен цилиндрическим корпусом с расположенным внутри ударным механизмом. При этом последний оснащен индикаторной шкалой, имеющей стрелку, а также отталкивающей пружиной. Этот вид молота Шмидта нашел свое применение при определении прочности бетонной конструкции, имеющей пределы от 5 до 50 МПа. Измерителем данного вида пользуются при работе с бетонными и железобетонными предметами.
- Измеритель прочности с ультразвуковым действием. В его конструкции имеется встроенный или внешний блок. Показания можно увидеть на специальном дисплее, который имеет свойство памяти и сохраняет данные. Молоток Шмидта имеет возможность подключения к компьютеру, так как дополнительно оснащен разъемами. Данный вид склерометра работает с показателями прочности от 5 до 120 МПа. Память измерителя сохраняет до 1000 версий на протяжении 100 суток.
Сила энергии удара оказывает прямое влияние на прочность бетонной и железобетонной поверхностей, поэтому они могут быть нескольких типов.
- МШ-20. Этот инструмент характеризуется наименьшей силой ударов – 196 Дж. Он способен точно и качественно определить показатель прочности раствора из цемента и кирпичной кладки.
- Молоток РТ работает со значением в 200–500 Дж. Измеритель принято использовать, чтобы измерять прочность бетона первой свежести в стяжках из смеси песка и цемента. Склерометр имеет маятниковый тип, может проводить вертикальные и горизонтальные замеры.
- МШ-75 (L) работает с ударами в 735 Дж. Основным направлением в применении молотка Шмидта является установка прочности бетона, который характеризуется толщиной не более 10 см, а также кирпича.
- МШ-225 (N) – это самый мощный тип склерометра, который работает с силой удара в 2207 Дж. Инструмент способен определить прочность конструкции, что имеет толщину от 7 до 10 см и более. Прибор имеет диапазон измерения от 10 до 70 МПа. Корпус оснащен таблицей, что имеет 3 графика.
Преимущества и недостатки
Молоток Шмидта имеет следующие преимущества:
- эргономичность, которая достигается удобством во время использования;
- надежность;
- отсутствие зависимости от угла удара;
- точность в измерениях, а также возможность воспроизводимости результатов;
- объективность оценивания.
Измерители характеризуются уникальностью дизайна, конструкцией высокого качества. Каждая из проведенных процедур с использованием склерометра является быстрой и точной. Отзывы пользователей прибора свидетельствуют о том, что молоток имеет простой интерфейс, а также выполняет все необходимые ему функции.
Недостатков измерители практически не имеют, из минусов можно выделить следующие характеристики:
- зависимость величины отскока от угла удара;
- влияние внутреннего трения на величину отскока;
- недостаточность герметизации, которая способствует преждевременной потере точности.
В настоящее время характеристика бетонных смесей полностью зависит от их прочности. Именно от этого свойства зависит, насколько безопасной будет конструкция в готовом виде. Вот почему применение молотка Шмидта – это важная процедура, которую обязательно стоит проводить при возведении бетонных и железобетонных сооружений.
О том, как использовать мотлоток Шмидта, вы узнаете из видео ниже.
Для проверки прочности бетона в качестве инструмента неразрушающего контроля применяют молоток Шмидта, изобретенный в 1948 году в Швейцарии. Инженер Э. Шмидт (E. Schmidt) снабдил своё изобретение способностью точно выявлять механические показатели прочности бетона:
- твердость при сжатии;
- растяжимость;
- сопротивление отрыву;
- сопротивление изгибу;
- усилие при скалывании.
Применение бетона, устойчивого к механическим воздействиям и агрессивным средам — залог долговечности и прочности зданий. Поэтому в строительстве придают огромное значение тестированию бетона на прочность.
Из чего состоит склерометр?
Термин «склерометр» означает «измеритель твердости». Конструктивно прибор состоит из 22 элементов. Кроме индентора (ударный плужнер) и корпуса прибор включает в себя:
- конус корпуса;
- направляющие стержни с ползунком;
- кнопку, исполняющая функцию штопора;
- боек с заданной массой;
- направляющие движения индентора шток бойка;
- шайбу для фиксации бойка;
- колпачок;
- заднюю крышку склерометра;
- войлочное кольцо.
Некоторые модели доукомплектовывают предохранителем и контрольной гайкой, а также 4 пружинами (сжимающая, ударяющая, предохраняющая, фиксирующая). Обязательно присутствуют сцепляющий винт, штифт, шкала Шмидта, дисплей.
Принцип работы молотка Шмидта
Исправный склерометр Шмидта показывает прочность бетона при совершении по его поверхности удара с последующим упругим отскоком. Насколько тестируемый бетон устойчив к разрушающим механическим воздействиям, оказывается известно из статистических данных.
Прибор измеряет ударный импульс, возникающий при приложении к твердой поверхности тестируемого объекта механической нагрузки. Упрощенно алгоритм работы прибора выглядит так:
- ударный плужнер (индентор) прижимается к поверхности бетона, где нет металлических частей (арматуры);
- за счет пружины индентор ударяет по тестируемой поверхности;
- система четырех пружин выполняет возврат ударника (плужнера) в исходное положение посредством свободного отскока.
Виды склерометров
Степень прочности бетона на сжатие показывается на цифровой шкале. Цифра характеризует отскок бойка на определенную высоту. Чем отскок сильнее, тем тверже бетон.
Есть несколько типов молотка Шмидта — различаются по принципу функционирования (механическое или ультразвуковое воздействие на испытуемый объект). Вторая распространенная классификация основана на использовании энергии удара, измеряемой в Дж.
Приборы механического и ультразвукового действия
Устройство механического типа, предназначенное для исследования железобетонных или бетонных конструкций, выглядит как цилиндр с помещенным внутрь ударным механизмом из отталкивающей пружины, индикаторной шкалы, бойка.
Чувствительность прибора — от 5 до 50 Мпа.
Электронный молоток Шмидта ультразвукового действия оснащаются электронными блоками двух видов:
- встроенный;
- внешний.
Такая конструкция прибора предпочтительнее. Во-первых, результаты не нужно фиксировать – они сохраняются в памяти блока на 100 суток. Предельный резерв памяти — 1000 показаний. Молоток пригоден для подключения к компьютеру за счет специальных портов и разъемов.
Чувствительность электронной модификации значительно выше, чем у механического аналога. Прибор распознает прочность в диапазоне от 5 Мпа до 120 Мпа.
Классификация по энергии удара
По силе удара различают 4 основных модификации склерометра:
- 1 модификация — наименее «мощный» МШ 20. Значение энергии удара не превышает 196 Кдж.
- 2 модификация –маятникового типа РТ, работающий в 2 плоскостях. Мощность удара — от 200 до 500 КДж;
- 3 модификация — МШ 75 (тип L). Сила удара равна 735 КДж;
- 4 модификация — МШ-225 (тип N). Самый мощный вариант из всех — с энергией удара до 2207 Дж и чувствительностью от 10 до 70 МПа.
Приборы разной мощности и назначение имеют разное. МШ 20 измеряет прочность раствора для кирпичной кладки, РТ необходим для измерений прочности только что уложенного в виде цементно-песчаной стяжки. МШ-225 (тип N) предназначен для замера прочности кирпича и бетона толщиной до 100 мм. Цель использования МШ 75 (тип L) — определение надежности стен толщиной не менее 70 мм.
Молоток Шмидта: инструкция по применению
Начинают испытание с выбора подходящего участка на поверхности объекта. Затем прибор ударным механизмом прижимается к участку исследуемого объекта.
Плавный нажим выполняют сразу двумя руками — до появления звука удара бойка о поверхность.
После удара на шкале появляется числовое значение показателя твёрдости.
Взаимосвязь между силой сжатия на бетон и его прочностью следующая:
- наименее прочный свежий бетон выдерживает давление от 1 до 10 Мпа;
- обычный, застывший, бетон — от 10 до 70 Мпа;
- отвердевший раствор разрушается при сжатии от 70 до 100 Мпа;
- сверхпрочный выдерживает сжатие более 100Мпа.
Чтобы ручной измеритель показал достоверный результат, выполните не менее 9 измерений с минимальным расстоянием между пробами в 25 мм.
«Технические хитрости»
Чтобы случайно не протестировать один участок дважды, поверхность бетона маркируют — например, рисуют 9 квадратов.
Каждый бетонный квадрат замеряют, фиксируя результат для последующего анализа. Измерение не засчитывается (подлежит повтору на другом участке), если боек ударил по поверхности, скрывающей пустоту.
Все 9 проб могут быть идентичными по величинам или немного расходиться. Анализ данных строится на выведении среднего арифметического из результатов по 9 ударам.
Не применяйте прибор в сложных условиях, изменяющих характеристики материала (повышенные / пониженные температуры, воздействие механических, термических или химических агентов).
Немного цифр
Бетонные конструкции по истечении 28 суток после заливки показывают разную твердость при сжатии (максимальная погрешность не превышает 13.5%). Твердость зависит от класса и марки строительного материала:
Таблица.1 Среднее значение прочности экспериментального образца бетона в виде куба со стороной 15 см на сжатие в зависимости от марки и класса.
|
Марка |
Класс |
Виды бетона (кроме ячеистого) |
Расхождения со стандартом в % |
Ячеистый материал |
отличия от марки (в %) |
|
М15 М25 М25 М35 М50 М75 М100 М150 М150 |
В1 В1,5 В2 В2,5 В3,5 В5 В7,5 В10 В12,5 |
— — — 32,74 45,84 65,48 98,23 130,97 163,71 |
— — — -6,5 -8,1 -12,7 9,1 -1,8 4,8 |
14,47 21,7 28,94 36,17 50,64 72,34 108,51 144,68 180,85 |
-3,5 — 13,2 15,7 3,3 1,3 -3,5 8,5 -3,55 — |
Принятые обозначения: М (марка), начинается с М15 до М800 (соответствуют показателям прочности от 50 до 1000 кг/см2) и В (класс) – от В1 до В45 как показатель кубиковой прочности в МПа.
Сколько стоит молоток Шмидта?
Стоимость молотка зависит от:
- назначения;
- оснащения и функциональности;
- вида;
- степени инновационности.
Электронный агрегат стоит от 31 000 до 58 000 руб. Его механический аналог примерно в 3 раза дешевле (от 13 000 до 30 000 руб.).
Молоток Шмидта можно заменить и другими инструментами, способными выполнять те же функции. Например, протестировать прочность путем проникновения в толщу образца бетона удастся при помощи молотков Физделя и Кашкарова.