2. Определение пределов прочности кирпича при изгибе и сжатии

Для испытания на изгиб используют целые кирпичи (без трещин), на постелях которых выравнивают места опирания катков и приложения нагрузки слоем цементно-песчаного раствора толщиной не более 3 мм и шириной 25…30 мм. Вместо раствора допускается применять прокладки из строительного войлока толщиной 5 мм.

Образцы до испытания выдерживают в помещении не менее 3 суток. Обмер образцов производят металлической линейкой с погрешностью 1 мм. Высоту определяют как среднее арифметическое значение двух измерений боковых граней, а ширину как среднее арифметическое двух измерений верхней и нижней граней.

При испытании образец укладывают на ложок (b = 120 мм, h = 65 мм) на два опорных катка 2, расстояние между которыми l = 200 мм, посередине пролета прикладывают сосредоточенную нагрузку через третий каток 1 (рис. 11). Нагрузку на образец передают через прокладки из раствора или войлока 3, непрерывно и равномерно со скоростью, обеспечивающей его разрушение не ранее чем через 20 с после начала испытания.

Предел прочности при изгибе отдельного образца определяют по наибольшей нагрузке P, установленной при испытании, с учетом геометрических характеристик его сечения.

N 1 2 3

Рис. 11. Схема испытания кирпича на изгиб: 1 – стержни цилиндрические стальные для восприятия нагрузки при испытании; 2 – места опирания образца на упоры; 3 – слои цементного раствора толщиной 3…5 мм; N – разрушающая нагрузка

Пределы прочности при сжатии и изгибе для кирпича испытываемой партии вычисляют с погрешностью 0,1 МПа как среднее арифметическое значение результатов испытания пяти образцов.

Для испытания на сжатие кирпич распиливают или разделяют любым способом на две равные половины без раздробления.

Допускается применять половинки, полученные в результате испытания кирпича на изгиб. Обе половины кирпича накладывают постелями одна на другую местами распила в разные стороны и соединяют цементно-песчаным раствором. Верхнюю и нижнюю поверхности образцов выравнивают тем же раствором с соблюдением их параллельности.

Вместо раствора допускается применять прокладки из строительного войлока толщиной 5 мм.

Испытание производят на прессе, устанавливая образец в центре опорной плиты и плотно прижимая верхней плитой пресса, которая должна прилегать по всей верхней грани образца (рис. 12).

Нагрузка на образец при испытании должна возрастать равномерно со скоростью, обеспечивающей его разрушение через 20...60 секунд после начала испытания. Величина разрушающей нагрузки должна составлять не менее 10 % от предельно развиваемого прессом усилия. Предел прочности при сжатии отдельного образца вычисляют путем деления максимальной нагрузки, отмеченной при испытании, на площадь поперечного сечения образца, которая вычисляется как среднее арифметическое двух измерений площадей верхней и нижней граней

N

Рис. 12. Схема испытания кирпича на сжатие: 1 – слои цементного раствора состава 1:3 толщиной 3…5 мм; N – разрушающая нагрузка

По этим результатам с учетом наименьших показателей прочности, установленных при испытании отдельных образцов, в соответствии с техническими требованиями ГОСТ 530, устанавливают марку кирпича по прочности (табл. 16).

Все четыре показателя прочности испытанной партии кирпича (R_сж средний, R_сж наименьший, R_изг средний, R_изг наименьший) должны соответствовать данным одной строки таблицы ГОСТа для определяемой марки.

Если хотя бы один из четырех показателей окажется меньше – марка партии кирпича принимается на одну ступень (строку) ниже.

Таблица 16

Технические требования к прочности керамического кирпича

Марка кирпича по прочности	Предел прочности, МПа, не менее
	при сжатии		при изгибе
	для кирпича всех видов и камней		для полнотелого кирпича пластического формования		для полнотелого кирпича полусухого формирования и пустотелого кирпича
	средняя для пяти образцов	наименьший для отдельного образца	средний для пяти образцов	наименьший для отдельного образца	средний для пяти образцов	наименьший для отдельного образца
300	30,0	25,0	4,4	2,2	3,4	1,7
250	25,0	20,0	3,9	2,0	2,9	1,5
200	20,0	17,5	3,4	1,7	2,5	1,3
175	17,5	15,0	3,1	1,5	2,3	1,1
150	15,0	12,5	2,6	1,4	2,1	1,0
125	12,5	10,0	2,5	1,2	1,9	0,9
100	10,0	7,5	2,2	1,1	1,6	0,8
75	7,5	5,0	1,8	0,9	1,4	0,7

Выводы по работе

По результатам испытаний установить и проанализировать зависимости между плотностью, водопоглощением и открытой пористостью изделий строительной керамики различной степени спекания.

Увязать полученные результаты с назначением и условиями эксплуатации различных изделий. Сделать выводы о соответствии испытанных материалов требованиям ГОСТ по водопоглощению.

Дать заключение о марке керамического кирпича по прочности.

Контрольные вопросы

1. Как устанавливают марку керамического кирпича по прочности?

1. По среднему результату определения предела прочности на сжатие пяти стандартных образцов.

2. По средним результатам испытаний пяти стандартных образцов на сжатие и изгиб без учета наибольшего и наименьшего показателей прочности.

3. По средним результатам испытаний пяти стандартных образцов на сжатие и изгиб с учетом наименьших показателей прочности отдельных образцов.

4. По наименьшим результатам испытаний пяти стандартных образцов на сжатие и изгиб.

2. Что является сырьем для производства керамических материалов?

1. Диабазы, базальты.

2. Глины, трепелы, диатомиты.

З. Известняки, известковые туфы.

4. Гипсосодержащие горные породы.

3. Каков химико-минералогический состав сырья для производства изделий строительной керамики?

1. Аморфный и кристаллический кремнезем.

2. Карбонаты и сульфаты кальция с песчаными примесями.

3. Водные алюмосиликаты с железистыми, карбонатными и другими примесями.

4. Безводные алюмосиликаты с различными примесями и добавками.

4. Какую роль в керамической шихте выполняют отощающие добавки?

1. Понижают водопотребность шихты и уменьшают усадку при сушке.

2. Понижают температуру спекания шихты.

3. Повышают плотность и прочность изделий.

4. Уменьшают плотность и повышают пористость изделий.

5. Какие процессы определяют спекание керамических изделий?

1. Процессы удаления химически связанной воды из сырьевой смеси.

2. Процессы частичного плавления сырья при обжиге.

3. Процессы разложения минералов сырья и образование аморфных кремнезема и глинозема.

4. Процессы разложения карбонатных примесей и выгорание органики.

6. По какому показателю оценивают степень спекания керамического черепка?

1. По водопоглощению по массе.

2. По общей пористости.

3. По прочности черепка.

4. По открытой пористости.

7. Как практически определяется показатель открытой пористости керамических образцов?

1. По показателям плотности вещества и плотности материала.

2. По показателю водопоглощения по объему.

3. По показателю водопоглощения по массе.

4. По массе образца в сухом состоянии и объему образца.

Лабораторная работа № 4

СТРОИТЕЛЬНЫЙ ГИПС

Общие сведения

Неорганические вяжущие вещества представляют собой искусственно полученные тонкоизмельченные порошки, способные при затворении водой образовывать пластично-вязкую и легко формуемую массу – вяжущее тесто, которое в результате физико-химических процессов постепенно затвердевает и переходит в камневидное состояние.

Неорганические вяжущие вещества образуют с водой пластичное тесто, которое способно легко растекаться даже в том случае, если в него добавлять большое количество твердых материалов (песка, щебня), благодаря чему растворные и бетонные смеси при изготовлении строительных изделий и конструкций плотно заполняют формы сложной конфигурации или растекаются по поверхности ровным однородным слоем. Через некоторое время тесто любого вяжущего вещества загустевает, схватывается и отвердевает, превращаясь в искусственный камень, связывая зерна заполнителей в прочный монолит.

Количество воды, введенное при затворении вяжущего вещества, влияет на пластично-вязкие свойства теста. Чем ее больше, тем выше текучесть теста, тем медленнее проходят процессы коагуляции и кристаллизации, тем медленнее оно загустевает и твердеет.

Окончательная прочность камня на основе вяжущих веществ связана, главным образом, с его плотностью. В свою очередь, плотность зависит от разницы между количеством воды, взятой при затворении (30…100 % от массы вяжущего вещества) и количества воды, фактически связываемой минералами вяжущего при его гидратации (15…30 %). Избыточное количество воды нужно для получения пластичной смеси и с течением времени оно неизбежно испаряется, оставляя после себя поры, снижающие плотность, прочность и долговечность искусственного камня. Поэтому при изучении свойств вяжущих веществ и при сравнении их технических показателей с нормативными всегда применяют смесь стандартной консистенции, содержащую строго установленное количество воды.

Строительный гипс получают в результате термической обработки при температуре 150…170 °С природного гипсового камня, измельченного в порошок до или после этой обработки.

При низкообжиговой технологии в интервале указанных температур происходит частичная дегидратация двуводного гипса по реакции

CaSO₄·2H₂O = βCaSO₄·0,5H₂O + 1,5Н₂О.

Кроме реакционно-способного полуводного сульфата кальция гипсовое вяжущее содержит примеси глины, кварца, которые ухудшают качество вяжущего вещества.

Твердение гипсовых вяжущих веществ согласно теории А.А. Байкова происходит следующим образом:

– на первом, подготовительном этапе частицы полугидрата при затворении водой начинают растворяться с поверхности до образования насыщенного раствора, одновременно начинается гидратация полуводного гипса по реакции

CaSO₄·0,5H₂O + 1,5Н₂О = CaSO₄·2H₂O + Q .

Этот период характеризуется вязкопластичным текучим состоянием гипсового теста;

– на втором этапе (коллоидации) наряду с гидратацией растворенного полугидрата происходит прямое присоединение воды к твердым частичкам полуводного гипса; продукт гидратации – двуводный гипс образуется в виде высокодисперсных кристалликов, которые, выделяясь из перенасыщенного раствора, образуют коллоидно-дисперсную систему в виде геля, где частички двугидрата связаны силами молекулярного сцепления (ван-дер-ваальсовыми); этот период характеризуется схватыванием (загустеванием) теста;

– на третьем этапе (кристаллизации) образовавшийся неустойчивый гель перекристаллизовывается в более крупные кристаллы, которые объединяются между собой в сростки, обеспечивая твердение и рост прочности камня вяжущего.

Названные этапы следуют не строго друг за другом, а налагаются один на другой и продолжаются до тех пор, пока весь полуводный гипс не перейдет в двуводный. При высыхании гипсовых изделий из водного раствора выделяется оставшийся в нем двугидрат, упрочняющий контакты в кристаллических сростках.

Многие вяжущие вещества при твердении дают усадку, что может привести к растрескиванию и снижению прочности искусственного камня. Для того чтобы уменьшить вредные последствия усадки, в растворы и бетоны вводят большое количество каменных заполнителей – песка, гравия, щебня. Гипсовые растворы и бетоны можно готовить и без заполнителей, так как гипс при твердении увеличивает свой объем на 0,5…1,0 %. Это свойство очень ценно, отлитые гипсовые изделия твердеют с уплотнением и точно передают очертания формы.

Цель работы

Изучить основные свойства гипсовых вяжущих веществ и исследовать влияние на них количества воды, взятой при затворении гипсового теста; определить марку гипсового вяжущего вещества.

Порядок выполнения работы

Сначала вся подгруппа студентов определяет нормальную густоту гипсового теста.

Затем каждое звено студентов проводит следующие испытания:

– определяет текучесть гипсового теста и изготовляет из него 3 образца-балочки размером 4 4 16 см;

– определяет сроки схватывания гипсового теста;

– испытывает образцы с определением пределов прочности при изгибе и сжатии.

При этом одно из звеньев проводит все испытания в стандартных условиях (на гипсовом тесте нормальной густоты), а также определяет тонкость помола вяжущего. Три других звена проводят испытания при величинах воды затворения, отличающиеся от нормальной густоты гипсового теста (по заданию преподавателя).

Методы испытаний