7

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

_________________________________________________________

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет

архитектуры и строительства» (ПГУАС)

ИЗМЕРЕНИЕ ПРОЧНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания к выполнению самостоятельной работы

Под общей редакцией доктора технических наук, профессора Ю.П. Скачкова

Пенза 2014

1

УДК 006:691(075.8) ББК 30.10:38.3я73

И37

Методические указания подготовлены в рамках проекта «ПГУАС – региональный центр повышения качества подготовки высококвалифицированных кадров для строительной отрасли» (конкурс Министерства образования и науки Российской Федерации – «Кадры для регионов»)

Рекомендовано Редсоветом университета

Рецензент – кандидат технических наук, до цент С.Н. Кислицына (ПГУАС)

Измерение прочности строительных материалов: метод. И37 указания к выполнению самостоятельной работы / В.И. Ло ганина, Л.В. Макарова, Р.В. Тарасов; под общ. ред. д ра техн.

наук, проф. Ю.П. Скачкова. – Пенза: ПГУАС, 2014. – 14 с.

Приведены сведения о методике измерения прочности строительных материалов.

Методические указания обеспечивают условие освоения технологических процессов строительного производства и производства строительных материалов, изделий и конструкций, научно технической информацией, отечественным и зарубежным опытом по профилю деятельности.

Методические указания подготовлены на кафедре «Управление качеством и технология строительного производства» и базовой кафедре «Стройцентр» и предназначены для слушателей курсов повышения квалификации, обучающихся по программе «Современные композиционные строительные материалы».

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, 2014

Логанина В.И., Макарова Л.В.,

Тарасов Р.В., 2014

2

ИЗМЕРЕНИЕ ПРОЧНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы – определение прочности при растяжении и сжатии бетона.

Предел прочности при осевом сжатии – основная характеристика качества природных и искусственных каменных материалов – бетона, раствора, кирпича, керамических камней для стен.

Схема испытаний приведена в табл. 1.

Форма и размеры стандартных образцов для испытания на сжатие приведены в табл. 1, 2. За базовый принимают образец с размерами рабочего сечения 150 150 150 мм.

3

Предел прочности при осевом растяжении Rp является основной характеристикой прочности металлов, рулонных гидроизоляционных и кровельных материалов; регламентированы марки по прочности на растяжение гидротехнического бетона. Схемы стандартных методов испытания строительных материалов на растяжение приведены в табл. 2. Стандартизованы прямой и косвенный методы определения Rp.

При испытании на осевое растяжение образец закрепляют в разрывной машине так, чтобы его геометрическая ось проходила через центр шарниров захватов. Напряжение в образце при нагружении должно возрастать непрерывно с постоянной скоростью (0,05 0,02) МПа в секунду до разрушения образца.

Ввиду отсутствия надежного метода определения сопротивления бетона осевому растяжению стандарт предусматривает косвенное опреF деление Rp по результатам испытаний образцовFкубов и цилиндров на раскалывание.

Предел прочности на растяжение при изгибе Rр.и вместе с показаF телем прочности при сжатии определяет марку цемента, строительного гипса, кирпича; он является необходимой характеристикой дорожного бетона. Предел прочности материалов в изделиях типа плит (ДВП, ДСП, пенопласты, асбестоцементные листы и т.п.) оценивают в основном по Rр.и. Образец материала испытывают на изгиб по стандартной схеме балки, свободно опирающейся на две опоры и загружаемой одной сосредоточенной силой по середине пролета либо

4

двумя сосредоточенными силами, точки приложения которых делят пролет между опорами на три равные части.

Например, предел прочности кирпича при изгибе определяют по схеме балки, которая свободно лежит на двух опорах и к которой в сеF редине пролета между опорами прилагается сосредоточенная нагрузка. На грани кирпича наносят из цементного раствора три выравнивающие полоски шириной 2–3 см каждая: одну по середине верхней грани, а две – по краям нижней (противоположной) на расстоянии 20 см между осевыми линиями этих полосок. Благодаря этому образец полностью опирается на стальные опоры и воспринимает разрушающую нагрузку по всей ширине. После нанесения полосок кирпич выдерживают в течение 3–4 суток при (15 5) С. Перед испытанием измеряют ширину и толщину кирпича в середине пролета, а затем укладывают его на опоры (выравнивающими цементными полосками вниз) В качестве опор применяют или цилиндрические катки диаметром 20–30 мм, или призмы с закругленными ребрами. Нагрузка передается также через ролик или призму с закругленным ребром. Предел прочности при изгибе определяют по формуле

где Р – разрушающая нагрузка;

l – длина пролета между опорами;

b и h – ширина и высота (толщина) кирпича.

Обработку результатов испытаний бетона на сжатие и растяжение производят по единой методике, установленной ГОСТ 10180F90. Предел прочности бетона вычисляют для каждого образца по форF мулам:

где R – прочность бетона на сжатие;

Rр – прочность бетона на осевое растяжение;

5

Определение прочности бетона на образцах, отобранных из конF струкции, в соответствии с ГОСТ 28570F90 производят измерением минимальных усилий, разрушающих выбуренные или выпиленные из конструкций образцы бетона при их статическом нагружении с постоянной скоростью роста нагрузки.

Форма и номинальные размеры образцов в зависимости от вида испытаний бетона должны соответствовать ГОСТ 10180F90. ДопусF кается применение цилиндров диаметром от 44 до 150 мм, высотой, составляющей от 0,8 до 2,0 диаметров при определении прочности на сжатие, от 0,4 до 2,0 диаметров – при определении прочности на растяжение при раскалывании и от 1,0 до 4,0 диаметров – при опреF делении прочности на осевое растяжение.

За базовый при всех видах испытаний принимают образец с размерами рабочего сечения (150 150) мм.

Минимальный размер образца (диаметр и высота цилиндра, ребро куба, сторона поперечного сечения призмы) должен превышать максиF мальный номинальный размер крупного заполнителя, использованного для изготовления бетона конструкции, из которой отбирают образец для испытаний, если он не превышает 70 мм не менее чем:

в2 раза – для образцов, испытываемых на сжатие;

в3 раза – для образцов, испытываемых на растяжение.

Образцы испытывают сериями. Число образцов в каждой серии должно соответствовать приведенному в табл. 3.

6

При определении прочности бетона на растяжение при расF калывании на образцахFпризмах, которые последовательно расF калывают по разным сечениям, допускается иметь в серии меньшее число образцов, если общее число испытаний в серии будет не менее указанного в табл. 3.

Отклонения от прямолинейности образующей образцовFцилиндF ров, предназначенных для испытания на раскалывание, не должны превышать 1 мм.

Отклонения от перпендикулярности смежных граней кубов и призм, а также опорных поверхностей и образующих цилиндров, предназначенных для испытания на сжатие, не должны превышать 2 мм.

Отклонение линейных размеров образцов от номинальных (по длине ребер кубов, сторон сечения призм, диаметру цилиндров) не должно превышать ±4%.

Пробы бетона для изготовления образцов отбирают путем выпилиF вания или выбуривания из конструкций или ее частей. Места отбора проб бетона следует назначать после визуального осмотра конструкF ций, в зависимости от их напряженного состояния с учетом минимальF но возможного снижения их несущей способности. Пробы рекоменF дуется отбирать из мест, удаленных от стыков и краев конструкций. После извлечения проб места выборки следует заделывать мелкозерF нистым бетоном или бетоном, из которого изготовлены конструкции.

Выпиливать и выбуривать пробы бетона из конструкций зданий и сооружений следует алмазными дисковыми пилами или коронками, а также твердосплавным инструментом. Участки для выбуривания или выпиливания проб бетона следует выбирать в местах, свободных от арматуры.

При невозможности отбора проб без арматуры допускается наличие арматуры диаметром не более 16 мм в образцах с минимальными размерами поперечного сечения не менее 100 мм. При этом не допускается наличие арматуры:

–в образцах, предназначенных для определения прочности бетона на сжатие и осевое растяжение;

–в средней трети пролета в образцахFпризмах, предназначенных для определения прочности бетона на растяжение при изгибе;

–на расстоянии менее 30 мм от предполагаемой плоскости раскола

вобразцах, предназначенных для определения прочности на растяжение при раскалывании.

От каждого из выбранных участков конструкций отбирают не менее одной пробы бетона. Места отбора проб бетона, размер и число проб, число серий образцов, изготавливаемых из этих проб, следует

7

либо принимать при производственном контроле прочности по ГОСТ 18105F86, а в других случаях – по документам, содержащим планы контроля и правила оценки результатов, либо устанавливать экспериментальным путем.

Из проб бетона, отобранных из конструкций, получают контрольF ные образцы для испытаний. ОбразцыFцилиндры изготавливают из выбуренных кернов, а образцыFкубы и призмы — из проб бетона, выпиленных из конструкции.

Для выбуривания образцов из бетона конструкций применяют сверF лильные станки типа ИЭ 1806 с режущим инструментом в виде кольцевых алмазных сверл типа СКА или твердосплавных кольцевых сверл.

Для выпиливания образцов из бетона конструкций применяют распиловочные станки типов УРБF175 или УРБF300 с режущим инструментом в виде отрезных алмазных дисков типа АОК, либо алмазных сегментных кругов, либо фрез.

Образцы бетона испытывают при одном из двух заданных состояниях бетона: воздушноFвлажностном или насыщенном водой. При испытаниях в воздушноFвлажностном состоянии образцы предваF рительно после их изготовления (выбуривания или выпиливания) мокрым способом выдерживают в лабораторных условиях не менее 6 сут. При испытаниях образцов в насыщенном водой состоянии образцы предварительно выдерживают в воде температурой (20±5)°С не менее 48 ч, а после извлечения их из воды и промокания влажной тканью испытывают. Перед испытанием образцы осматривают, устанаF вливая наличие дефектов в виде трещин, околов ребер, раковин и иноF родных включений, а также следов расслоения и недоуплотнения бетонной смеси.

На образцах выбирают и отмечают грани, к которым должны быть приложены усилия в процессе нагружения. При этом следует:

–опорные грани образцовFкубов, предназначенных для испытания на сжатие, выбирать так, чтобы сжимающая сила при испытании совпадала с направлением сжимающей силы, действующей при эксплуатации на конструкцию, из которой отобран образец;

–плоскость изгиба образцовFпризм при испытании на растяжение при изгибе следует выбирать так, чтобы она совпадала с плоскостью изгиба конструкции при ее эксплуатации.

Поверхности образцовFкубов или образцовFцилиндров, к которым прикладывают усилия, должны быть выровнены. Для выравнивания поверхностей применяют шлифование или нанесение слоя быстротверF деющего материала. В качестве выравнивающих составов используют:

цементное тесто;

8

цементноFпесчаные растворы; растворы на основе серы; эпоксидные композиции.

ЦементноFпесчаные растворы изготавливают из смеси равных объемов портландцемента марки не ниже 400 и кварцевого песка, просеянного через сито с отверстиями 0,315 мм, при водоцементном отношении не более 0,4.

Водоцементное отношение для цементного теста должно быть не более 0,3.

Растворы и цементное тесто перемешивают вручную в течение не менее 3 мин.

Растворы на основе серы изготавливают из смеси равных объемов технической серы и наполнителя, просеянного через сито 0,315. В качестве наполнителя используют цементы, муку кварцевую, муку андезитовую.

Влажность наполнителя должна быть не выше 5% по массе. Сухую смесь серы и наполнителя перемешивают, помещают в металлическую емкость и нагревают до температуры 140F150 С на плитке или в сушильном шкафу. При этой температуре смесь расплавляется, после чего ее тщательно перемешивают.

Эпоксидные композиции изготавливают из эпоксидной смолы, наполнителя и отвердителя – полиэтиленполиамина (ПЭПА) в соотF ношении по массе 1:1:0,15. Композицию тщательно перемешивают вручную до получения однородной консистенции и используют ее на протяжении не более 30 мин.

Толщина слоя выравнивающего состава на образце не более 5 мм. Излишки выравнивающего состава, выступающие за контуры опорной поверхности образца, удаляют либо до затвердевания на плите ножом, либо после затвердевания и снятия образца с плиты напильником или наждачным камнем.

Для определения прочности на растяжение при раскалывании на боковые грани образцов наносят осевые линии, с помощью которых образец центрируют при испытании.

Прочность образца бетона с точностью до 0,1 МПа (1,0 кгс/см2) при испытании на сжатие и с точностью до 0,01 МПа (0,1 кгс/см2) при

9

Для приведения прочности бетона в испытанном образце к прочности бетона в образце базового размера и формы, прочности, полученные по формулам (6)F(9), пересчитывают по формулам (10)F(13):

10