Лабораторная работа 7 Определение прочности строительных материалов

Цель работы: Определение прочности материала.

Теоретическая часть

Прочность является одной из важнейших механических характеристик материалов, которой оценивают их способность в определенных условиях сопротивляться разрушению под воздействием внутренних напряжений, вызванных внешними (сжимающими, изгибающими, растягивающими, скалывающими и др.) силами. На показатели прочности оказывает влияние ряд факторов – неоднородность вещественного состава и строения материала; его температура и влажность; форма и размеры испытываемых образцов; характер обработки поверхностей, контактируемых с поверхностью плит пресса, на котором производят испытания; скорость приложения нагрузки по отношению к расположению слоев или волокон материала. Именно поэтому при оценке прочностных характеристик материалов испытаниям подвергают серию (не менее трех) образцов и за конечный результат принимают среднее значение показателей прочности.

Поскольку форма и размеры образцов (масштабный фактор) оказывают влияние на показатели прочности, то соответствующими ГОСТами предусмотрено определение механических характеристик материалов на образцах стандартных размеров:

– кубы с ребром 15 см для цементных бетонов;

– кубы с ребром 7,07 см для строительных растворов;

– кубы с ребром 15 см или цилиндры с диаметром и высотой 4–5 см для природного камня и т.п.

Мерой прочности служит предел прочности материала при соответствующей деформации (R), равный предельному напряжению, превышение которого вызывает разрушение образца. В строительной практике чаще всего оперируют пределами прочности при сжатии (R_сж) и предел прочности при изгибе (R_изг). Предел прочности при сжатии (рисунок 7.1) рассчитывают по формуле:

, (МПа) (7.1)

где P – разрушающая нагрузка, Н;

S – площадь поперечного сечения образца (м²), для куба и призмы S = a², для цилиндра S = πd²/4.

1 – направляющие; 2 – нижнее нагрузочное устройство;

3 – образец; 4 – верхнее нагрузочное устройство

Рисунок 7.1 – Схема испытания образцов на сжатие

Предел прочности при изгибе (R_изг) при сосредоточенной нагрузке в середине пролета (рисунок 7.2) рассчитывают по формуле:

, (МПа) (7.2)

где P – разрушающая нагрузка, Н;

l – расстояние между опорами испытываемого образца (свободная длина, пролет), м;

b u h – ширина и высота образца, м.

1 – образец; 2 – резиновая прокладка: 3 – опора:

4 – нажимная кромка Р – нагрузка;  – расстояние между опорами

Рисунок 7.2 – Схема приложения нагрузки при испытании на статический изгиб при одной сосредоточенной симметричной относительно опор нагрузке

При сосредоточенной нагрузке, приложенной в 2/3 пролета (рисунок 7.3), расчетная формула приобретает вид:

, (МПа,) (7.3)

Рисунок 7.3 – Схема приложения нагрузки при испытании на статический изгиб при двух сосредоточенных симметричных относительно опор нагрузках

Зная среднюю плотность (ρ₀) и предел прочности материала при соответствующей деформации (R), можно рассчитать удельную прочность – коэффициент конструктивного качества (ККК) материала по формуле:

(7.4)

Чем выше этот коэффициент, тем эффективнее считается данный материал. Повышения ККК можно добиться либо понижением ρ₀, либо повышением R.

Кроме испытаний на сжатие сухого образца , испытывают аналогичным методом прочность образца после водонасыщения и определяют .

Отношение называется коэффициентом размягчения (К_р) и по его значению можно судить о водостойкости материала, т.е. о способности материала не разрушаться и не терять своей прочности при работе во влажных условиях. Для наружных строительных конструкций материалы с К_р меньше 0,8 не применяются.

Заключение: Полученный результат (не) лежит в пределах реальных значений.