40. Испытания строительных металлов на растяжение

В строительных конструкциях широко используются металлы, которые подвергаются различным видам механического воздействия: растяжению, сжатию, удару. Поэтому при расчете строительных конструкций необходимо иметь механические характеристики металлов, определяемые по результатам испытаний металлов на растяжение и твердость. Будем в дальнейшем для определенности говорить о строительных сталях. Для испытания стали на растяжение используют цилиндрические и плоские образцы стандартных форм и размеров. Вид и размеры цилиндрического образца приведен на рис. 1. Среднюю часть образца называют рабочей. На ней при помощи керна и штангенциркуля наносят расчетную длину 1₀ = 200 мм (0,1 мм), затем с точностью 0,5% определяют площадь поперечного сечения образца S₀. На обеих головках испытываемого образца ставят клеймо с его номером. Сталь на растяжение испытывают на разрывных машинах типа УММ-50. После обмера образец помещают в захваты машины и центрируют его. Затем устанавливают стрелку шкалы силоизмерителя машины на нуль, включают двигатель и испытывают образец на растяжение до полного его разрыва. Нарастание нагрузки должно быть плавным. Результатом испытания является диаграмма растяжений, которая записывается автоматически. Она отражает связь между величиной нагрузки Р и абсолютным удлинением образца 1 (рис. 2). На диаграмме можно выделить 5 характерных точек. Точка 1 соответствует пределу пропорциональности, т.е. наибольшему напряжению на линейном участке кривой. Это напряжение вычисляют по формуле _пр = Р_пр/S₀. Если нагрузку увеличивать только до точки 1, а затем снять ее, то образец примет первоначальную форму и остаточные деформации в нем будут отсутствовать. При увеличении нагрузки свыше Р_пр испытываемый образец удлиняется быстрее, чем возрастает нагрузка, т.е. пропорциональность нарушается (участки 1-2 и 2-3). Наличие горизонтального участка 2-3 указывает на то, что образец самопроизвольно вытягивается (течет), хотя нагрузка остается постоянной. Наименьшее напряжение _т, при котором образец деформируется без увеличения нагрузки, называют пределом текучести и определяют его из формулы _т = P_т/S₀.

Наиболее важной характеристикой в данных испытаниях является предел прочности при растяжении _p = Р_р/S₀, где Р_р - наибольшая нагрузка, предшествующая разрыву образца (точка 4).

Помимо названных характеристик в данных испытаниях определяют относительное удлинение  и относительное сужение . Эти величины определяют по формулам

 = 100(1₁ -1₀)/1₀ и  = 100(S₀ - S₁)/S₀

где 1₁ - длина образца после разрыва, S₁ - площадь поперечного сечения в месте разрыва (в шейке). По результатам испытаний определяют марку стали. Сталь самой низкой марки (Ст_o) характеризуется величинами _р = 300 МПа и  = 20%. Для стали самой высокой марки Ст₆ _p = 800 МПа и  = 12%.

41. Определение характеристик песка (плотность, пустотность, влажность, примеси, зерновой состав)

Природный песок используют в качестве мелкого заполнителя для приготовления тяже­лого бетона. При этом качество песка, определяющее качество бетона, характеризуется целым рядом показателей, которые определяют в результате испытаний. Для испытания песка прежде всего отбирают по ГОСТу среднюю пробу, из нее - навески для проведения конкретных испы­таний, которые предварительно просеивают чрез сито с отверстиями 5 мм.

Истинная плотность песка _п определяется пикнометрическим методом. При этом можно использовать традиционную методику, рассмотренную ранее. Существует и другая методика, которая включает следующие операции:

1) определение массы m пикнометра с высушенным песком (навеска ~10 г);

2) определение массы m₁ пустого пикнометра;

3) определение массы m₂ пикнометра, наполненного дистиллированной водой до заданной отметки;

4) определение массы m₃, пикнометра с песком и дистиллированной водой, налитой до

заданной отметки. Легко показать, что _п = (m – m₁)/(m – m₁ + m₂ – m₃).

Насыпная плотность песка _н определяется из выражения _н = (m₁ – m₂)V,

где m₁ - масса мерного цилиндра вместимостью 1 л с высушенным песком;

m₂ - масса цилиндра без песка; V - объем цилиндра.

Пустотность песка _п (%) находят из формулы _п = [1 - _н/_п]100

Влажность песка W (%) вычисляют по формуле W = [m₁ – m₂)m₂]100,

где m₁ – масса пробы влажного песка, m₂- масса пробы сухого песка.

Определение неорганических примесей. Пылевидные, илистые и глинистые частицы ­вредные примеси в песке, приводящие к понижению прочности и морозостойкости бетона. Суммарное содержание данных примесей определяют методом отмучивания. Не останавливаясь на деталях, отметим лишь, что данное испытание представляет собой многократную промывку песка, в результате которой все примеси удаляются из песка. Содержание данных примесей определяют по формуле П_отм (%) = (m₁ – m₂)100/m_1,

где m₁ – масса песка до отмучивания, m₂ - масса высушенной навески после отмучивания. Данная величина согласно ГОСТу не должна превышать 3% для бетонов.

Зерновой состав песка имеет большое значение для получения тяжелого бетона заданной марки. Характеризуется он процентным содержанием в песке зерен различного размера. Для определения зернового состава песка применяют ситовый анализ. Суть его сводится к последовательному просеиванию пробы песка с массой 1000 г через комплект сит с отверстиями разного диаметра от 5 до 0,14 мм. После каждого такого просева определяют две величины, одну из которых называют частным остатком а_i, а другую - полным остатком A_i: a_i = 100 m_i/m, A_i = a_i + a_i-l...+ а₅,

где m_i – масса остатка на данном сите, m - масса всей навески, A_i - сумма частных остатков для данного сита и всех сит с большими отверстиями. На основании данных измерений строят график зернового состава песка. По оси абцисс на графике откладывают размер отверстий сит в мм, а по оси ординат - полные остатки на соответствующих ситах (см. рис. на обороте). Песок считают пригодным для приготовления бетона, если кривая, характеризующая зерновой состав, располагается в заштрихованной части графика.