Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Определение физико-механических свойств строительных материалов для реставраторов. Учебно-методическое пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 112 3 4 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Лабораторная работа № 2.

max

, , .

сж р ср



(1)

сж

RF

(2)

Определение механических свойств строительных материалов

Цель работы: определение механических свойств строительных ма-

териалов.

Определение предела прочности

при сжатии строительных материалов

Прочностью называют свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами (стесненной усадкой, неравномерным нагреванием и т. д.). Под воздействием различных внешних нагрузок материалы в зданиях и сооружениях испытывают различные внутренние напряжения сжатия, растяжения, изгиба и др. Прочность материала оценивается пределом прочности (временным сопротивлением), определенным при данном виде деформации. Для хрупких материалов (природных каменных материалов, бетонов, строительных растворов, кирпича и др.) основной прочностной характеристикой является предел прочности на сжатие.

Прочность строительных материалов принято характеризовать пределом прочности при сжатии (Rсж) и при растяжении (Rр). Определяют ее путем испытания образцов материала соответствующей формы (рис. 1а–и) на гидравлических прессах (рис. 2).

Стандартами установлены следующие показатели прочности материалов:

 предел прочности при сжатии R

cж:

 предел прочности при растяжении Rр;

 предел прочности при скалывании Rq.

Значения показателей прочности определяют путем разрушения испытываемых материалов на специальных прессах, с соблюдением требований стандартов на методы испытаний.

Прочность материалов при испытании образцов на осевое сжатие и растяжение, а также скалывание (срез) вычисляют по формуле в кг/см3, МПа:

где F

– разрушающая сила (нагрузка); А – площадь поперечного сечения

max

образца до испытания.

Прочностью материала называют напряжение, соответствующее сжимающей нагрузке, при которой происходит разрушение материала. Предел прочности при сжатии определяют по формуле.

Предел прочности при сжатии равен в кг/см2, МПа:

где Рсж – разрушающая нагрузка, Н (кгс); F – площадь поперечного сечения образца, м2 (см2).

Рис. 1. Образцы для испытаний материалов:

I – на сжатие; II – на изгиб; III – на растяжение;

а – плотный природный камень; б – пористый природный камень; в – бетон;

г – кирпич (куб склеен из двух половинок); д – цементный раствор; е – кирпич;

ж – древесина; и – сталь

Рис. 2. Схема гидравлического пресса для испытания на сжатие:

1 – станина; 2 – винтовое приспособление для зажима образца;

3 – верхняя опорная плита; 4 – испытуемый образец;

5 – нижняя опорная плита с шаровой поверхностью; 6 – поршень.

Испытания проводятся в соответствии с ГОСТ на соответствующие материалы.

Для определения предела прочности при сжатии образцы материала подвергают действию сжимающих внешних сил и доводят до разрушения. Форма и размеры образцов различных строительных материалов должны соответствовать требованиям ГОСТ на данный вид материала. Испытуемые образцы должны быть правильной геометрической формы в виде куба, цилиндра или параллелепипеда. Образцы природных каменных материалов, имеющих форму куба, могут быть приняты с ребром 50, 70, 100, 150 и 200 мм. Образцы из плотных материалов можно принять меньшего размера, а из пористых материалов – большего. После изготовления образцы пришлифовывают так, чтобы противоположные нагружаемые грани были строго параллельны. Правильность плоскостей проверяют угольником и штангенциркулем, образцы маркируют и указывают на них направление сланцеватости (волокнистости).

Для испытания образцов материала на сжатие применяют гидравли-

Размер ребра куба или диаметра и высоты ци-

линдра, мм

Коэффициент масштабности, К

кубов

цилиндров

200

1,05

150

1,00

1,05

100

0,95

1,02

0,85

0,91

от 40 до 50

0.75

0,81

ческие прессы (рис. 2). Предварительно высушенные перед испытанием образцы измеряют с точностью до 1 мм. Каждый линейный размер куба вычисляют как среднее арифметическое результатов измерений двух средних линий противолежащих поверхностей образца. Диаметр цилиндра вычисляют как среднее арифметическое значение результатов четырех измерений: в каждом торце по двум взаимно перпендикулярным направлениям. По результатам измерений вычисляют площадь сечения образца, перпендикулярную к направлению разрушающего усилия. Направление разрушающего усилия при испытании должно быть принято параллельным направлению сланцеватости или волокнистости образца. Для испытаний образец устанавливают на нижнюю опорную плиту пресса точно по ее центру. Верхнюю опорную плиту при помощи винта опускают на образец, плотно закрепляют его между двумя опорными плитами, включают в действие насос пресса и дают на образец нагрузку, следя за скоростью ее нарастания. Она должна быть 0,5–1 МПа в секунду и обеспечить разрушение через 20–60 секунд после начала испытания. Значение разрушающей нагрузки должно составлять не менее 10 % предельного развиваемого прессом усилия. В момент разрушения образца, стрелка манометра пресса остановится и пойдет обратно.

Максимальное показание разрушающей нагрузки фиксируется контрольной стрелкой.

Для каждого материала проводят испытание не менее чем на трех образцах. За окончательный результат принимается среднее арифметическое результатов всех испытаний.

После вычисления пределов прочности при сжатии образцов кубов и образцов цилиндров из природного камня их следует пересчитать и перевести к стандартному – кубу размером 150×150×150 мм. Для этого результаты испытаний умножают на коэффициент масштабности (Kм), указанный в таблице 1.

Таблица 1

Переходные коэффициенты масштабности

Бетоны согласно ГОСТ 25192-82 классифицируются по основному назначению, виду вяжущего, виду заполнителя, по структуре. В зависимо-

сти от основного назначения бетоны подразделяются на конструкционные

( 28)

R Lg

Lgn



(3)

и специальные (жаростойкие, теплоизоляционные, декоративные и др.)

По виду вяжущего бетоны могут быть на основе цементных, известковых, шлаковых, гипсовых и специальных вяжущих.

По виду заполнителей бетоны могут быть на плотных пористых, специальных заполнителях.

По структуре бетоны могут быть плотной, поризованной ячеистой и крупнопористой структуры.

В зависимости от плотности бетоны условно делят на тяжелые ρ 2000 до 2500 кг/м3; облегченные ρср = от 1500 до 2000 кг./м3; легкие ρ

ср.

= от

не

более 1500 кг/м3.

Прочность бетона зависит от многих факторов, таких как марка цемента, качество заполнителей, качество сцепления вяжущего с заполнителем, водоцементное соотношение, технология приготовления бетонного раствора, режим твердения и условия хранения (эксплуатации) бетонных конструкций. Получение бетонов с заданными свойствами достигается расчетом состава бетона. Показатель основных характеристик качества бетона называют классом (маркой) бетона, которые дают информацию о прочности бетона, способности воспринимать без разрушения определенные сжимающие нагрузки, действующие на конструкцию в процессе эксплуатации.

Марку бетона определяют по пределу прочности при сжатии образцов – кубов размерами 15×15×15 см, при другой длине ребер куба 7; 10; 20; 30 см предел прочности пересчитывают в соответствии с коэффициентами 0,85; 0,95; 1,05; 1,1. Ориентировочно марку бетона можно определить в любом возрасте (но не менее 3 суток твердения). Стандартными условиями твердения бетона считаются температура 20 +5 °С и влажность воздуха выше 90 %.

Прочность бетона в возрасте 28 суток (R28) вычисляют по формуле в МПа:

где Rn – прочность бетона в возрасте n суток, МПа; R28 – то же в возрасте 28 суток, n – число суток твердения.

При проектировании железобетонных конструкций вместо марки бетона R28 вводят показатель класса бетона В.

Для перехода от марки бетона к классу применяют формулу

В = 0,778 R28,

где В – класс бетона по прочности.

По результатам испытаний определяют марку, класс, вид бетона и делают вывод о рациональной области его использования. Исходные данные и результаты испытаний заносят в таблицу 2.

Таблица 2

№

п\п

Размеры

поперечного

сечения

образца, см

Высота

образца, см

Площадь

поперечного

сечения, см

Масса, кг

Плотность,

кг/см

Разруша-

ющая сила, кН

Предельное

напряжение,

МПа

Примечание

Предел прочности на

сжатие, не менее, МПа

Класс бетона по прочности,

кг/см

Класс бетона по

прочности, МПа

100

7,5

150

200

250

300

350

400

450

500

600

700

Кр=

в сж

сж

R R

(4)

в сж

сж

Исходные данные и результаты испытаний

Таблица 3

Классы бетона по прочности и предел прочности бетона на сжатие

Вывод.

Определение водостойкости строительных материалов

Физическое состояние материала, в особенности его влажность, оказывает большее влияние на величину предела прочности образца. Прочность большинства природных и искусственном каменных материалов в сухом состоянии выше, чем в насыщенной водой состоянии. Свойство материалов сохранять прочность в водонасыщенном состоянии называется водостойкостью и характеризуется коэффициентом размягчения, который определяют по формуле в кгс/см2, МПа:

где,

– предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов;

–

предел прочности при сжатии образцов, высушенных до постоянной массы.

В соответствии с ГОСТ 30629-99 для определения прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии образцы материалов из горных пород после измерений укладывают в сосуд с водой комнатной температурь так, чтобы уровень воды в сосуде был выше верха образцов не менее, чем на 20 мм. В таком положении образцы следует выдержать в течение 48 ч.

После чего их вынимают из сосуда, удаляют влагу с поверхности влажной

изг

;

3P l

2bh

(5)

изг

P (l-а)

2bh

(6)

тканью и каждый образец подвергает испытанию на прессе по описанной выше методике. Для испытаний также берут не менее 3-х образцов. По результатам испытаний делается заключение о водостойкости материала и области его применения. Строительный материал принято считать водостойким, если коэффициент размягчения его составляет не менее 0,8.

Вывод.

Определение предела прочности

при изгибе строительных материалов

Предел прочности при изгибе определяют на гидравлических прессах, или на специальных испытательных изгибающих машинах, например, МИИ – 100. Образцы изготовляет согласно ГОСТ на испытываемый материал. Например, при испытании цемента, гипса, изготавливают образцы – балочки размером 40×40×160 мм (рис. 1д), а при испытании древесины – балочки размером 20×20×300 мм (рис. 1ж). Нагрузка на образец может передаваться одним или двумя грузами.

Перед испытанием образцов на них отмечают метками места приложения нагрузок и опирания, определяют размеры сечения в местах приложения нагрузок (ширину и высоту поперечного сечения). Затем, если испытание проводят на прессе, на нижней опорной плите укрепляют два опорных катка, на которые устанавливают по меркам, испытуемый образец. Между верхней плитой и образцом устанавливают верхнюю планку, по которой передается изгибающая нагрузка. После испытаний на прессе определяется разрушающая изгибающая нагрузка Р 100 сразу определяется величина предела прочности при изгибе R

, а на машине МИИ –

изг

. В

первом случае предел прочности при изгибе определяют по формулам:

а) при одном сосредоточенном грузе и образце – балочке прямоугольного сечения в кгс/см2, (МПа)

б) при двух равных грузах, расположенных симметрично оси балочки в 1/3 пролета в кгс/см2, (МПа)

где Р

– разрушающая нагрузка, Н (кгс); l – пролет между опорами, м

изг

(см); а – расстояние между грузами, м (см); b – ширина поперечного сечения балочки, м (см) ; h – высота поперечного сечения балочки, м (см).

Окончательный результат предела прочности при изгибе вычисляют как среднее арифметическое результатов испытаний трех образцов.

Определение предела прочности древесины при сжатии и изгибе вдоль волокон на образцах определяют на гидропрессе. Образец имеет вид прямоугольной призмы сечением 20×20 и высотой 30 мм. Перед испытанием проверяют влажность образца.

Rсж =Р/F.

(7)

Rсж=Rсж [1+a(w-12)],

(8)

12н=Rи

[1+a(w -12)]

(9)

Размеры образца, м

Площадь поперечного

Сечения образца,F, м

Показания манометра

пресса F,МПа

Площадь поршня

пресса S, м

Нагрузка на сжатие

P=F∙S∙10

, на изгиб, Н

Предел прочности

при сжатии, бе, МПа

Коэффициент, а

Влажность w,

%, образца

Предел прочности

с учетом стандартной

влажности, МПа

Заключение о породе

древесины

длина L

ширина

высота

Рис. 3. Образец для испытания на сжатие

Перед испытанием измеряют размеры сечения образца в середине его высоты штангенциркулем с точностью до 0,1 мм. Образец устанавливают торцевой поверхностью в центре шарнирной опоры приспособления. Приспособление с образцом помещают между головками пресса и слегка зажинают его.

Испытания производят равномерно в течение всего испытания до разрушения образца.

Записывают показания манометра пресса при разрушении образца, умножив показания манометра на площадь поршня пресса, определяют нагрузку при разрушении.

Предел прочности при сжатии определяют по формуле:

Полученный предел прочности при сжатии пересчитывают на cтандартную влажность 12 % по формуле в МПа:

где а = 0,04 на 1 % влажности; w – влажность % испытанного образца.

Определение предела прочности при изгибе вдоль волокон выполняют на образцах в виде прямоугольной призмы сечением 2020 мм, длиной 300 мм. Образцы устанавливают на двух опорах с расстоянием между ними, равным расчетной длине L р = 240 мм, сверху действует сосредоточенная нагрузка Р, вызывающая разрушение образца. Предел прочности при изгибе определяют по формуле в МПа:

лице 4.

Предел прочности древесины при сжатии и изгибе приводим в таб-

Таблица 4

Предел прочности древесины при сжатии и изгибе

Нагрузка при разрушении образца определяется в тот момент, когда

pV

(1)

Материал

p, кг/м

Материал

p, кг/м3

Цемент

1200…1300

Щебень

1500…1700

Гипс

800…1100

Керамзит

300…900

Песок кварцевый

1450…1650

Песок перлитовый

80…250

Размер частиц, мм

Рекомендуемый объем сосуда, л

0…5

1…2

5…40

более 40

стрелка на приборе гидропресса начнется двигаться в обратную сторону.

Вывод.

Вопросы для самоконтроля

1. Как определяется предел прочности при сжатии у строительных мате-

риалов?

2. Как определяется предел прочности при изгибе у строительных мате-

риалов?

Лабораторная работа № 3.

Определение насыпной плотности сыпучих материалов

Цель работы: определение насыпной плотности сыпучих материалов

и расчет относительной плотности, пористости и пустотности материалов.

Насыпной плотностью (рн, кг/м3) называется масса единицы объема сыпучих материалов: порошкообразных (цемент, гипс и др.), зернистых (песок, щебень, керамзитовый гравий и др.) и комовых (комовая известь, комовый мел и др.) вместе с пустотами:

где т – масса материала, кг; V – объём материала, м3.

Значения насыпной плотности строительных материалов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Значение насыпной массы

Насыпная плотность в зависимости от крупности частиц материала определяется в сосудах различного объёма (таблица 2).

Таблица 2

Насыпная плотность материала

Подготовка образцов

Пробу материала при необходимости подсушивают до постоянного веса. Необходимое количество материала для одного определения устанавливается по его крупности.

Проведение испытания





(2)

№ пробы

Вид

материала

кг

m2, кг

V, м

pн, кг/м

pн,

средн.

кг/м3

100%.



(3)

При определении насыпной массы порошкообразных и мелкозернистых материалов (используют сита для рассева) берут цилиндрический сосуд объёмом 1–2 л и взвешивают его на стационарных весах. Затем совком с высоты 5 см точно по центру осторожно насыпают в сосуд сыпучий материал до образования над верхом цилиндра конуса. Конус без уплотнения материала снимают вровень с краями сосуда металлической линейкой, после чего сосуд с материалом взвешивают.

Рис. 1. Воронка для определения насыпной плотности строительных материалов:

1 – воронка,2 – сток,3 – задвижка,4 – мерная емкость

Вычисление насыпной плотности сыпучего материала производится по формуле:

где: m1 – вес мерного сосуда, кг; т2 – вес мерного сосуда с материалом, кг; V – объём сосуда, м3.

Насыпная плотность вычисляется как среднее арифметическое результатов испытания двух проб (таблица 3).

Таблица 3

Результаты испытаний

Используя средние значения результатов определения средней и истинной плотности, полученных в предыдущих экспериментах, вычисляют пористость, пустотность и относительную плотность.

Относительную плотность d определяют по формуле:

Пористость (П) определяют экспериментально – расчетным методом.

Пористостью называется степень заполнения объёма материала порами. Параметр пористости материала характеризуется как важнейшая характеристика его макро- и микроструктуры (параметр состояния), это количественные параметры (объем, размер пор, их общая удельная поверх-

ность) и структурные параметры (форма пор, их характер: открытые, за-

( ) 100%, (1 ) 100%.

p p p

П илиП



    

(4)

( ) 100,%.

аp

(5)

№

образца

Вид

материала

p, кг/м

0 ,

кг/м

Pн, кг/м

П, %

a, %

мкнутые, сообщающиеся и т. д.).

Основными методами определения пористости являются: метод замещения пор жидкостями, метод замещения воздушных пор водой, метод газовой абсорбции.

Определив эспериментально – расчетным методом истинную плотность (р) и среднюю плотность (р0), можно вычислить пористость (П) материала по формуле:

Пустотность рыхлых материалов вычисляют по такой же формуле, но вместо средней плотности материала в формулу подставляется насыпная плотность, а вместо истинной плотности средняя плотность материала в куске (зерне), которая для некоторых плотных материалов может совпадать с плотностью:

Результаты вычислений записываются в таблицу 4.

Таблица 4

Результаты испытаний

Выводы.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется насыпной плотностью?

2. Методы определения плотности (средней, истинной, насыпной).

Лабораторная работа № 4.

Определение качественных характеристик песка как заполнителя

Цель работы: определение качественных характеристик песка речного.

Определение зернового состава песка

речного и крупного заполнителя

Материал: песок сухой кварцевый 1–5 кг, стандартный набор сит, сосуд вместимостью 1 дм3, совок, весы торговые с набором гирь, мензурка вместимостью 100,500 см.

Высушенную пробу песка массой 1 кг пропускают через стандартный набор сит (5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм). Остатки на каждом из сит а (частные остатки) взвешивают с погрешностью 5 г. Также взвешивают пыль, прошедшую через сито 0,16 мм и оставшуюся на поддоне. Результа-

<<< < Предыдущая 12 / 112 3 4 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]