36. Определения предела прочности при изгибе керамического кирпича

Образец  устанавливают на двух опорах пресса. Нагрузку прикладывают в середине пролета и равномерно распределяют по ширине образца согласно чертежу.  Нагрузка на образец должна возрастать непрерывно со скоростью, обеспечивающей его разрушение через  20 - 60 с  после начала испытаний.

Предел прочности при изгибе  ,  МПа   (кгс/ ), образца вычисляют по формуле

                                  

Где Р-наибольшая нагрузка, установленная при испытании образца, МН (кгс);

l-расстояние между осями опор,  м (см);

b-ширина образца,  м (см);

h-высота образца посередине пролета без выравнивающего слоя, м (см)

Предел   прочности  при изгибе   образцов   в   партии   вычисляют   с   точностью   до   0,05  МПа (0,5 кгс/ ) как среднее арифметическое значение результатов испытаний установленного числа образцов.

При  вычислении предела прочности при изгибе образцов в партии не учитывают образцы, пределы прочности которых имеют отклонение от среднего значения предела прочности всех образцов более чем 50% и не более чем по одному образцу в каждую сторону.

37. Твердость строительных материалов

Твердость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала. Для определения твердости материалов в зависимости от их вида и назначения существует ряд методов. Твердость каменных материалов однородного строения определяют по шкале Мооса, которая составлена из 10 минералов с условным показателем твердости от 1 до 10 (самый мягкий тальк— 1, самый твердый алмаз— 10). Показатель твердости испытуемого материала находится между показателями твердости двух соседних минералов, из которых один царапает испытываемый материал, а другой оставляет черту на образце материала. Твердость металла, бетона, пластмасс определяют вдавливанием в испытуемый образец под определенной нагрузкой и в течение определенного времени стандартного стального шарика. За характеристику твердости в этом случае принимают отношение нагрузки к площади отпечатка. Показатели твердости, полученные разными способами, нельзя сравнивать друг с другом. Высокая прочность материала не всегда говорит о его твердости (например, древесина по прочности при сжатии равнозначна бетону, а ее твердость значительно меньше, чем у бетона). Для некоторых материалов (например, для металлов) существует определенная связь между твердостью и прочностью, для других материалов (однородные каменные материалы) — между твердостью и истираемостью.

38. Определения водопоглощения керамического кирпича по объему

Водопоглощение кирпича (ГОСТ 7025-91). В зависимости от метода водопоглощение может определяться в воде при атмосферном давлении, под вакуумом и в кипящей воде при атмосферном давлении. Определение водопоглощения происходит при насыщения образцов в воде. Образцы перед проведение испытаний предварительно высушивают до постоянной массы. Время выдерживания образцов зависит от метода испытаний. Минимальное количество образцов в серии составляет 3 шт.

Водопоглощение. Наиболее простой способ, регламентированный ГОСТ 7025-91 и рекомендуемый ГОСТ 530—95, -определение водопоглощения при погружении образцов в воду при атмосферном давлении и нормальной температуре.

За значение водопоглощения изделий принимают среднее арифметическое результатов определения водопоглощения всех образцов, рассчитанное с точностью до 1%.

ГОСТ 7025-91 предусматривает также ускоренный метод определения водопоглощения под вакуумом. Отличие этого метода состоит в том, что для насыщения водой высушенные образцы помещают в вакуумный эксикатор и заливают водой так, чтобы ее уровень был выше верха образцов не менее чем на 2 см. Эксикатор закрывают крышкой и вакуумным насосом создают разряжение (0,05 ± 0,01) МПа, фиксируемое манометром.

Пониженное давление выдерживают, засекая время до прекращения выделения пузырьков воздуха из образцов, но не более 30 мин. Затем давление понижают до атмосферного и выдерживают образцы в воде, чтобы вода заполнила объем, который занимал удаленный воздух, столько же, сколько они были под вакуумом.

Взвешивание образцов и расчет водопоглощения производится так же, как и для основного метода.

39. Теплопроводность — свойство стройматериала передавать теплоту через толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность К [Вт/(м-°С)] характеризуется количеством теплоты (Дж), проходящей через материал толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 с, при разности температур на противоположных поверхностях материала 1 °С.

Теплопроводность материала зависит от его химического состава и структуры, степени и характера пористости, влажности и температуры, при которых происходит процесс передачи теплоты.

40. Определение марки кирпича

Марку кирпича определяют по результатам испытаний кирпича на из- гиб и сжатие.

Определение предела прочности кирпича при изгибе

Предел прочности при изгибе определяют путем испытания на гид- равлическом прессе целого кирпича, уложенного плашмя на две поры,

расположенные на расстоянии 200 мм одна от другой (рис. 1.4). Опоры должны иметь закругления радиусом 10 – 15мм. Нагрузку передают на се- редину кирпича через опору с таким же закруглением.

Для более плотного и правильно прилегания образца к опоре на кир- пиче по уровню накладывают из цементного теста три полоски шириной 20–30 мм: две полоски – в местах опирания на нижние опоры, одну – под опору, передающую нагрузку. Если в кирпиче имеются трещины, то по- лоски располагают так, чтобы самые значительные трещины при испыта- нии оказались на нижней поверхности образца.

Подготовленные образцы выдерживают в лаборатории в течение 3–4 суток для затвердения цементного теста.

Допускается при испытании выравнивать поверхности опирания шлифованием или применять прокладки из технического войлока, рези- нотканевых пластин, картона и других материалов.

Перед испытанием измеряют размеры поперечного сечения кирпича по середине пролета с точностью до 1 мм. Предел прочности при изгибе Rизг, МПа, вычисляют по формуле:

Rизг = 3PpL/2bh2

где Pp – разрушающая нагрузка, Н (кгс);

L – расстояние между опорами, мм (см); b – ширина кирпича, мм (см);

h – толщина кирпича, мм (см).

За окончательный результат принимают среднее арифметическое ис- пытаний. Кроме этого, определяют минимальный результат испытаний.

Определение предела прочности при сжатии

Для определения предела прочности при сжатии кирпича используют образец, состоящий из двух половинок. Половинки кирпича получают распиливанием его дисковой пилой или раскалыванием. Допускается определять предел прочности при сжатии на половинках кирпича, полученных после испытания его на изгиб. Обе половинки постели накладывают одна на другую так, чтобы поверхности распила (раскола) были направлены в противоположные стороны. Половинки склеивают между собой цементным тестом толщиной не более 5 мм. Кроме того, цементным тестом толщиной 3 мм выравнивают обе внешние поверхности, параллельные соединительному шву. Изготовленный таким образом образец должен быть близок по форме к кубу. Образцы для испытания выдержи- вают в лаборатории во влажных условиях в течение 3–4 суток для затвердевания цементного теста, после чего их испытывают на сжатие.

Допускается при определении предела прочности при сжатии выравнивать поверхности кирпича шлифованием или используют войлочные прокладки.

Перед испытанием измеряют с точностью до 1 см2 площадь поперечного сечения образца. Она равна среднему арифметическому площадей верхней и нижней поверхности. Предел прочности при сжатии Rсж, МПа, вычисляют по формуле:

Rcж. = Pp/F

где Pp – разрушающая нагрузка, Н (кгс);

F – площадь поперечного сечения образца, мм2, см2 .

41. Огнеупорность — свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не деформируясь и не расплавляясь. Материалы, выдерживаю щи с температуру более 1580 °С, называют огнеупорными, от 1;}Г>0 до 1 Г>80 ГС —тугоплавкими, ниже 1350 °С — легкоплавкими. Материалы, которые способны длительное время выдерживать воздействие температур до 1000 °С без потери или с незначительной потерей прочности, относят к жаростойким (жаростойкие бетон, кирпич и др.).

42. Истинная плотность материала – это масса единицы его объема в абсолютно плотном состоянии (без учета пор; пустот и включений):

где m – масса  навески порошка, г;   

vа – объем материала в абсолютно плотном состоянии, г/см3.

Так как большинство строительных материалов находятся не в абсолютно плотном состоянии, перед испытаниемих необходимо тонко измельчать, чтобы разрушить поры. При этом массу определяют взвешиванием на весах, а объем – пикнометрическим способом, т.е. погружением порошка в жидкость и измерением приращения ее объема. Плотность строительных материалов измеряют объемомером, представляющим собой стеклянный мерный цилиндр объемом 50 см3 с ценой деления 0,1 см3.

Для определения плотности из отобранной и тщательно перемешанной средней пробы отвешивают 200 г материала, который сушат в сушильном шкафу при температуре 115 °С до постоянной массы. Высушенный материал тонко измельчают в фарфоровой ступке таким образом, чтобы он проходил через сито с сеткой № 02 (размер ячейки 0,2 х 0,2 мм). После этого порошок снова просушивают при температуре 115 °С, а затем охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе.

Объемомер наполняют до отметки 30 см3 жидкостью, инертной по отношению к порошку испытуемого материала и помещают его в стеклянный сосуд с водой, закрепляют на штативе так, чтобы вся градуированная часть шейки была покрыта водой (рисунок 1).

Объемомер находится в воде все время, пока идет испытание. Температура воды в сосуде 20  2 °С. От находящейся в эксикаторе пробы отвешивают 80 г материала с точностью до 0,01 г и насыпают его через воронку в прибор до тех пор, пока уровень жидкости в объемомере не поднимется до отметки 40 см3. Это значит, что в объемомер всыпано 10 см3 порошка испытуемого материала. Остаток порошка взвешивают с точностью до 0,01 г. Масса порошка материала, всыпанного в объемомер, равна разности между первоначальной массой и массой остатка. Плотность вычисляют с точностью до 0,01 г/см3 как среднее арифметическое двух определений, расхождение между которыми не должно превышать 0,02 г/см3.

43. Упругость — способность материалов под воздействием нагрузок изменять форму и размеры и восстанавливать их после прекращения действия нагрузок.

Упругость оценивается пределом упругости буп, МПа, который равен отношению наибольшей нагрузки, не вызывающей остаточных деформаций материала, PУП, Н, к площади первоначального поперечного сечения F0, мм2:

бУП=РУП/F0

44. Порядок выполнения работы

Испытания проводят на образцах, которые высушены при температуре 105…110 °С до постоянной массы. Объем образца определяют, пользуясь штангенциркулем (при размерах менее 100 мм) или металлической линейкой (при больших размерах). Если образец имеет кубическую форму или форму параллелепипеда, то каждую грань измеряют в трех местах. Окончательный размер каждой грани (а, b, с)вычисляют как среднее арифметическое трех измерений. Объем подсчитывают по формуле V = abc.

При вычислении объема цилиндрического образца определяют его диаметр d и высоту h. Для этого на параллельных основаниях цилиндра наносят два взаимно перпендикулярных диаметра. Диаметр образца находят как среднее арифметическое результатов четырех измерений. Высоту цилиндра вычисляют так же, как среднее арифметическое результатов четырех измерений образующих цилиндра, расположенных на концах взаимно перпендикулярных диаметров. Объем цилиндра V (см³) подсчитывают по формуле V = где = 3,14.Образец взвешивают с точностью до 1 грамма на весах. По формуле , определяют среднюю плотность образца. Результат испытания заносят в лабораторный журнал. По результатам трёх испытаний подсчитывают среднее арифметическое.

45. Хрупкость — свойство материала внезапно разрушаться под воздействием нагрузки, без предварительного заметного изменения формы и размеров. Хрупкому материалу, в отличие от пластичного, нельзя придать при прессовании желаемую форму, так как такой материал под нагрузкой дробится на части, рассыпается. Хрупки камни, стекло, чугун и др. Хрупкими являются природные и искусственные камни, стекло, чугун и др. Приближенным значением меры хрупкости служит \|/ = гу/8пред, и при у = 1..Д8 разрушение от нагружения происходит без торможения трещин, внезапно.

Провести четкую границу между пластичными и хрупкими телами невозможно. Даже в одном и том же теле можно наблюдать либо пластичность, либо хрупкость. На характер деформации влияют различные факторы, такие как температура, тип напряженного состояния, скорость деформации, окружающая среда и др. Повышение температуры, как правило, способствует пластичности, при понижении температуры возрастает хрупкость. Влияние напряженного состояния на характер деформирования показывают опыты с хрупкими материалами. Например, мрамор при линейном напряженном состоянии - хрупкое тело, но при деформации в условиях объемно-напряженного состояния он приобретает пластичность. хрупкое стекло способно при длительном воздействии нагрузки при нормальной температуре получать остаточные деформации. Пластичные же материалы, такие как малоуглеродистая сталь, под воздействием резкой ударной нагрузки проявляют хрупкие свойства.

46. Истинная плотность каждого материала — постоянная физическая характеристика, которая не может быть изменена без изменения его химического состава или молекулярной структуры.

Плотность жидкости определяется при помощи ареометра. Сначала определяют цену делений ареометра. Испытуемую жидкость вливают в стеклянный цилиндр. Затем в нее погружают ареометр, который в зависимости от плотности жидкости устанавливается на определенном уровне (рис.1.3), по шкале ареометра берут отсчет, который выражает величину плотности жидкости (г/см³; кг/м³).

Следует иметь в виду, что отсчет по шкале берут сверху вниз. Нужно следить за тем, чтобы ареометр свободно плавал в жидкости.

47. Истинная плотность ρ (прежнее название – удельный вес) – масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии, т. е. без пор и пустот. Определяют по формуле ρ = m / V, где m – масса материала, кг; V – абсолютный объем, занимаемый материалом (без пор и пустот), м³. Истинная плотность жидкостей и материалов, полученных из расплавленных масс (металла, стекла, а также гранита, мрамора и других подобных горных пород), практически соответствует их плотности в естественном состоянии, а пористых материалов – приводится к абсолютно плотному состоянию искусственным путем. Для определения истинной плотности камня его необходимо получить в абсолютно плотном состоянии, т. е. без пор. Простейший способ заключается в измельчении камня до такой степени, пока каждая его частица не будет иметь внутри себя пор. С этой целью вначале отбирают куски горной породы общей массой не менее 1 кг, тщательно очищают их щеткой от пыли и затем измельчают до крупности менее 5 мм, после чего перемешивают и сокращают пробу примерно до 150 г. Полученную пробу вновь измельчают до крупности менее 1,25 мм, перемешивают и сокращают до 30 г. Оставшуюся пробу вновь измельчают в порошок в фарфоровой ступке, насыпают в стаканчик для взвешивания, высушивают до постоянной массы и охлаждают до комнатной температуры, после чего отвешивают две навески по 10 г каждая. Каждую навеску насыпают в пикнометр и заливают дистиллированной водой, заполняя пикнометр не более чем на половину объема. Затем его ставят на песчаную ванну или в водяную баню и кипятят содержимое в течение 15—20 мин для удаления пузырьков воздуха. После этого пикнометр обтирают насухо, охлаждают до комнатной температуры, доливают до метки дистиллированной водой и взвешивают на лабораторных весах. Далее прибор освобождают от содержимого, промывают, наполняют до метки дистиллированной водой и вновь взвешивают. Истинную плотность р, кг/м³, вычисляют по формуле

ρ = mρ_В / (m + m₁ – m₂) · 1000,

где m – навеска порошка, высушенного до постоянной массы, г; m₁ – масса пикнометра с дистиллированной водой, г; m₂— то же, с навеской и дистиллированной водой после удаления пузырьков воздуха, г; р„ – истинная плотность воды: р_в = 1 г/см³.

Средняя плотность γ – масса единицы объема материала в естественном состоянии, т. е. вместе с порами и пустотами. Определяется по формуле γ = m / V₁, где m – масса материала, кг; V₁ – объем материала в естественном состоянии, м³. Средняя плотность металла и стекла практически равна их истинной плотности, у большинства строительных материалов она, как правило, меньше (из-за наличия пор).

Для каждого материала стандарты устанавливают значение влажности, при котором вычисляют среднюю плотность, необходимую для расчета пористости, теплопроводности и теплоемкости материалов, определения стоимости их перевозок и расчета прочности конструкций с учетом их собственной массы.

Средняя плотность – физическое свойство облицовочного камня, используемое обычно при его общей характеристике. Этим показателем пользуются при вычислении массы изделий из камня по их объему или при определении объема, когда известна масса изделий. Кроме того, используя среднюю плотность, определяют пористость камня и некоторые другие показатели. Среднюю плотность сыпучих (рыхлых) материалов (цемента, извести, песка, гравия, щебня) называют насыпной средней плотностью (прежнее название – насыпная объемная масса). В объем сыпучих материалов включают не только объем пор в самом материале, но и пустот между зернами или кусками материала.

48. Водопоглощение кирпича, высушенного до постоянной массы, должно быть не менее 8%. Для определения водопоглощения образцы кирпича высушивают при температуре 105-110⁰С до постоянной массы. Высушенные образцы устанавливают на тычок вертикально на дно сосуда, после чего сосуд наполняют водой настолько, чтобы ее уровень соответствовал 1/3 высоты кирпича. В таком состоянии образцы выдерживают на протяжении 12 часов, после чего прибавляют в сосуд воды до уровня, соответствующего 1/2 высоты кирпича, и снова выдерживают в воде 12 часов. Затем сосуд наполняют водой до полного погружения образцов и в таком положении выдерживают их на протяжении 24 ч. (рис. 3.2), после чего вынимают, дают стечь воде, обтирают влажной тканью и взвешивают с погрешностью до 1грамма.

Штангенциркулем или металлической линейкой измеряют по серединам граней длину, ширину и толщину кирпича. По полученным данным вычисляют объем кирпича.

Водопоглощение кирпича в %, вычисляют по формулам (по массе В_м и объему В_о):

по массе

по объему

где m_н – масса насыщенного водой кирпича, г; m_с – масса сухого кирпича, г;V – объем кирпича, см³.Зная водопоглощение по массе и среднюю плотность, вычисляют водопоглощение кирпича по объему: где ρ₀ – средняя плотность кирпича, г/см³.

49. Истинная плотность ρu — масса единицы объема абсолютно плотного материала, т. е. без пор и пустот. Вычисляется она в кг/м3, кг/дм3, г/см3 по формуле:

Истинная плотность

где m — масса материала, кг, г; Vа — объем материала в плотном состоянии, м3, дм3, см3.

Истинная плотность каждого материала — постоянная физическая характеристика, которая не может быть изменена без изменения его химического состава или молекулярной структуры. Так, у неорганических материалов, природных и искусственных камней, состоящих в основном из оксидов кремния, алюминия и кальция, истинная плотность находится в пределах 2400-3100 кг/м3, у органических материалов, состоящих в основном из углерода, кислорода и водорода, она составляет 800-1400 кг/м3, у древесины — 1550 кг/м3. Истинная плотность металлов колеблется в широком диапазоне: алюминия — 2700 кг/м3, стали — 7850, свинца — 11300 кг/м3.

Средняя плотность ρс — масса единицы объема материала в естественном состоянии, т. е. с порами. Она может быть сухого материала, в состоянии естественной или другой влажности, указываемой в ГОСТ. Среднюю плотность (в кг/м3, кг/дм3, г/см3) вычисляют по формуле:

Средняя плотность

где m — масса материала, кг, г; Vе — объем материала, м3, дм3, см3.

Среднюю плотность сыпучих материалов — щебня, гравия, песка, цемента и др. — называют насыпной плотностью. В объем входят поры непосредственно в материале и пустоты между зернами.

Средняя плотность большинства материалов обычно меньше их истинной плотности. Отдельные материалы, такие как сталь, стекло, битум, а также жидкие, имеют практически одинаковые истинную и среднюю плотности.

50. Определение средней плотности кирпича

Приборы, оборудование и материалы: штангенциркуль, весы с разновесами, кирпич керамический.

Высушенный до постоянной массы кирпич керамический должен иметь среднюю плотность свыше 1600 кг/м3. Для ее определения кирпич взвешивают с погрешностью до 1 грамма. Штангенциркулем измеряют (в см) длину, ширину и толщину кирпича по серединам его граней. Объем кирпича находят перемножением полученных показателей. Зная массу и объем кирпича, вычисляют его среднюю плотность, кг/м3.

51. Пластичность — это способность материала под влиянием действующих усилий изменять свои формы и размеры без образования разрывов и трещин и сохранять изменившуюся форму и размеры после снятия нагрузки. Примером пластичных материалов служит глиняное тесто, разогретый асфальт.

52. Марка обозначается литерой «М» и определенной цифрой, которая соответствует способности кирпича выдерживать нагрузку на 1 кв. см.

Для того чтобы определить марку кирпича на прочность в соответствии с ГОСТом, из предполагаемой партии берется примерно 5 единиц материала и их испытывают на изгиб и сжатие. По полученным данным устанавливается марка.

Предусмотрено наличие восьми марок керамического кирпича в соответствии со стандартом. Это кирпич марок : 300, 250, 200, 150, 125, 100 и 75.

Основные характеристики керамического кирпича:

НАИМЕНОВАНИЕ	СРЕДНЯЯ ПЛОТНОСТЬ, КГ/М3	ПОРИСТОСТЬ, %	МАРКА МОРОЗОСТОЙКОСТИ	КОЭФФ. ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ, ВТ/М·°С	МАРКА ПРОЧНОСТИ
Кирпич полнотелый	1600..1900	8	15..50	0,6..0,7	75..300
Кирпич пустотелый	1000..1450	6..8	15..50	0,3..0,5	75..300
Кирпич пустотелый «сверхэффективный» (НПО «Керамика»)	1100..1150	6..10	15..50	0,25..0,26	50..150
Кирпич облицовочный	1300..1450	6..14	25..75	0,3..0,5	75..250
Кирпич лицевой «сверхэффективный» (НПО «Керамика»)	1100..1150	43..45	25..75	0,25..0,26	125, 150
Кирпич облицовочный глазурованный или ангобированный	1300..1450	6..14	25..75	0,3-0,5	75..250
Кирпич клинкерный	1900..2100	5	50..100	1,16	400..1000
Кирпич печной шамотный	1700..1900	8	15..50	0,6	75..250

Материал с маркой М100 и М75 используют для строительства стен двух и трехэтажных домов;

Марки 125 и выше – для несущих стен многоэтажек;

Выше марки с цифрой 150 – для закладки цоколей и фундаментов.

Соответственно из материала марки выше М200 возводят несущие фундаменты для высотных зданий, так как давление на нижние ряды кладок в данном случае очень большое.

Следует обратить внимание, что марки относятся ко всем кирпичам, вне зависимости от их типа, так что полнотелый строительный кирпич марки М100 будет таким же прочным, как и пустотелый лицевой кирпич той же марки.