3.3. Определение предела прочности при сжатии

Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности. Пределом прочности называется напряжение, соответствующее нагрузке, вызывающей разрушение образца материала. Предел прочности при сжатии для различных материалов колеблется от 0,5 до 1000 МПа и более и определяется по формуле:

,

где Р_разр – разрушающая сжимающая сила, кгс; F – первоначальная площадь образца, см².

Различают разрушающие и неразрушающие методы определения прочности строительных материалов.

3.3.1 Разрушающие методы определения прочности строительных материалов.

Разрушающим методом определение прочности при сжатии является испытание образцов на механических или гидравлических прессах (рис. 3.3). Для этой цели применяют образцы в форме кубов, цилиндров, призм. Учитывая, что на показания пресса оказывают влияния форма, размеры образца, характер его поверхности, скорость приложения нагрузки и другие факторы, необходимо придерживаться стандартных метолов испытания, установленных для данного материала. Мощность пресса должна не менее чем в 1,25 раза превышать разрушающую нагрузку на образец. Недостатки метода: громоздкость пресса, необходимость силовой электроэнергии, разрушение образцов, а не материала продукции (между ними может быть существенная разница).

Приборы и материалы: пресс гидравлический, образец строительного материала, линейка мерная.

Ход работы

Образцы перед испытанием осматривают и измеряют. Они должны иметь правильную геометрическую форму и параллельные противоположные грани. Рабочая площадь сечения образца F, см², определяется как среднее арифметическое площадей обеих опорных граней с округлением до 0,1 см².

Образец устанавливают одной из ранее отмеченных граней на нижнюю опорную плиту пресса так, чтобы оси образца и плиты совпадали. Возрастание нагрузки на образец должно происходить плавно и со скоростью, предусмотренной стандартом применительно к типу пресса и размерами образцов. Количество образцов должно быть не менее трех. Полученные результаты заносят в табл. 3.3.

3.3.1.а. Определение коэффициента размягчения

Коэффициентом размягчения называется отношение прочности насыщенного водой материала к его прочности в сухом состоянии. Этот коэффициент характеризует водостойкость материала и изменяется в пределах 0…1. Для строительных конструкций, находящихся в воде или эксплуатирующихся в местах постоянного увлажнения, нельзя применять материалы с коэффициентом размягчения менее 0,8, для стеновых материалов – менее 0,6.

Коэффициент размягчения:

,

где R_нас, R_сух – предел прочности при сжатии образцов соответственно в насыщенном водой и сухом состоянии, МПа.

3.3.2. Неразрушающие методы определения прочности строительных материалов.

Неразрушающие методы оценки прочности строительных материалов подразделяются на механические и физические. Они основаны на зависимости прочности материала от какой-либо другой физико-механической характеристики материала .

3.3.2.а. Механические неразрушающие методы определения прочности материала.

Механические неразрушающие методы основаны на измерениях:

а) величины отпечатка штампов на бетоне, получаемых от вдавливания штампов с помощью специальных приборов (штамп Хайдукова Г., молоток Физделя И.А. и др.);

б) отношения величины отпечатков, полученных при вдавливании ударника в поверхность бетона и отпечатка на эталоне (молоток Макарова К.П., Польди и др.);

в) величины упругого отскока (пистолет Борового С.Н., склерометр Шмидта);

г) прочности бетона методом стрельбы (метод Скрамтаева В.Г. – стрельба из нагана, строительно-монтажный пистолет СМП);

д) усилия отрыва стержней, дисков из материала (прибор Вольфа).

Приборы и материалы: эталонный молоток Кашкарова К.П. (рис.3.4.); угловой масштаб; бетонные образцы.

Прочность определяют эталонным молотком Кашкарова К.П. Молоток состоит из головки, корпуса с ручкой, стакана, пружины и шарика. В станке имеются отверстия, через которые вставляются эталонные стержни из стали класса А-І.

Ход работы

Бетонный образец устанавливают на твердое основание испытываемой гранью вверх. В молоток вставляют стержень и несколькими ударами (5-6 раз) средней силы на образце делают круглые отпечатки. Каждый следующий удар производят через 20мм. Угловым масштабом измеряют с точностью до 0,1мм диаметры отпечатков на бетоне d_б и на эталонном стержне (d_э). определяют среднее значение d_б и d_э, по которому вычисляют отношение d_б /d_э. пользуясь тарировочной кривой (рис. 3.5), определяют прочность бетона. Результаты заносят в табл. 3.3.

Преимущество метода – простота, портативность прибора, возможность определения прочности непосредственно в конструкциях. Недостаток метода – возможность определения прочности только в поверхностном слое.

3.3.2.б. Физические неразрушающие методы определения прочности материалов.

К физическим методам испытания прочности бетона относятся ультразвуковой импульсный, резонансный и радиометрический методы, позволяющие судить о качестве испытуемого бетона не только по его поверхностному слою, но и по внутренней структуре.

При резонансном методе свойства бетона оценивают по динамическому модулю упругости и логарифмическому декременту затухания.

Радиометрический метод определения основных физико-механических свойств основан на законе ослабления потока лучей после их взаимодействия с испытуемой средой.

При ультразвуковом импульсном методе о свойствах бетона судят по скорости распространения ультразвукового импульса и интенсивности его затухания.

В последнее время также получили распространения приборы, основанные на измерении магнитной проницаемости, диэлектрической постоянной и характеристик электропроводности.

Ход работы

Подготовка прибора к работе:

1. переключатели дискретно-цифрового отсчета «х10», «хІх», «х0,1» установить в «0» положение, тумблер «+200» в верхнее положение, тумблер «Задержка» - в любое положение.

2. Включить тумблер сетевого питания, при этом должна загораться индикаторная лампа;

3. Смазать торцы датчика приемника и излучателя техническим вазелином и прижать их друг к другу, при этом должна загореться индикаторная лампа включения прибора. Через 3…10 с должен начать работать излучатель, что сопровождается появлением характерного звука частоты 30…40 Гц, при этом загорается индикаторная лампа;

4. Придерживая пальцами торцы датчиков прибора, раздвинуть их. Индикаторная лампа должна гореть, пока расстояние между торцами датчиков будет не менее 60…70мм;

5. Проверить коррекцию приборной поправки. Для этого тумблер «+200» поставить в нижнее положение: прижать друг к другу предварительно смазанные торцевые поверхности датчиков и затем вращать ручку «Коррекция» по часовой стрелке до момента загорания индикаторной лампы.

Работа с приборами:

1. прижать торцы датчиков к исследуемому материалу с противоположных боковых граней;

2. установить тумблер «+200» в верхнее положение, если при этом загорится индикаторная лампа, тумблер возвращается в нижнее положение;

3. переключатель дискретного отсчета «+10» поворачивают по часовой стрелке до момента загорания индикаторной лампы. При загорании индикаторной лампы ручку с множителем «+10» повернуть против часовой стрелки на одно положение, лампа должна погаснуть;

4. переключатель дискретного отсчета «хІх» вращают по часовой стрелке до момента загорания индикаторной лампы. При загорании индикаторной лампы ручку поворачивают против часовой стрелки на одно положение, лампа должна погаснуть;

5. переключатель дискретного отсчета «х0,1» вращают по часовой стрелке до момента загорания индикаторной лампы. На этом измерение заканчивают. Снимают отсчет показания тумблера и переключатель дискретного отсчета (время измеряют в микросекундах).

Определяют скорость прохождения ультразвука через образец

,

где V – скорость распространения ультразвука, м/с; l – толщина образца, мм; t – время распространения ультразвука, мкс.

По тарировочной кривой определяют прочность материала (рис. 3.7) и данные помещают в табл. 3.3.

Таблица 3.3

№ п/п

Пресс гидравлический

Молоток Кашкарова

Бетон – 3М

Р, кгс

F, см2

Rсж, кгс/ см2

Rсж, МПа

dб

dэ

dб /dэ

Rсж, МПа

l, мм

t, мм

V, мм

Rсж, МПа

По данным табл. 3.3 можно сделать вывод о целесообразности применения и согласования разрушающих и неразрушающих методов определения прочности строительных материалов.

Ультразвуковой прибор «Бетон – 3М» есть простым и надежным в эксплуатации, но используют и более современные аппараты, такие как «Бетон – 5» и «УК – 10ПМ».

Ход работы на ультразвуковом приборе «Бетон – 5».

Смазать торцы датчика и излучателя техническим вазелином и приложить их к исследуемому образцу с противоположных боковых граней соответственно.

Установить тумблер «+200» в верхнее положение. При появлении сигнала индикатора вернуть тумблер в нижнее положение. (При отсутствии сигнала тумблер остановить в верхнем положении). Переключатель с дискретностью 200мкс повернуть по часовой стрелке до момента появления сигнала. При появлении сигнала переключатель повернуть по часовой стрелке на одно положение. Стрелка индикатора при этом должна повернуться в положение «0». Переключатель с дискретностью отсчета 20мкс повернуть по часовой стрелке до момента появления сигнала. При его появлении ручку переключателя повернуть против часовой стрелки на одно положение. Стрелка индикатора при этом должна стать в положение "0". Переключатель с дискретностью отсчета 2 мкс повернуть по часовой стрелке до момента появления сигнала. При появлении индикации ручку переключателя повернуть против часовой стрелки на одно положение, при этом сигнал индикатора должен отсутствовать.

Ручку «коррекции» повернуть по часовой стрелке до появления сигнала, что соответствует дискретности отсчета 0,1 мкс. Снять отсчет показаний переключателей дискретного отсчета и «коррекции».

После работы все ручки и тумблеры вернуть в нулевые положения Значение времени прохождения ультразвуковой волны через массив образца подставляем в формулу скорости, рассчитываем ее и по графику зависимости V-R_сж определяем прочность образца.

Все результаты заносим в табл. 3.3.

ПОРЯДОК РАБОТЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО

ПРИБОРА УК-10 ИМ

Установить искательные головки через слой контактной смазки соответственно на образце материала. На экране электронно-лучевой трубки І (ЭТЛ) должно появиться изображение принятого сигнала УЗК в виде волны.

Вращая влево от себя ручку регулировки усиления сигнала 2, перемещаем начало волны до её совмещения с началом линии развертки. На цифропоказывающей панели 3 – «режим отсчета» фиксируем время прохождения ультразвуковой волны через массив образца в МКС. Значение времени подставляем в формулу скорости и по тарировочной кривой определяем прочность образца.

ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Изучение зависимости водопоглощения материала от вида и характера пористости.

2. Изучение зависимости прочности материалов от вида и характера пористости.

3. Изучение зависимости средней плотности материалов от их пористости.

4. Исследование зависимости для эталонного молотка на материалах различной плотности.

5. Исследование зависимости на материалах различной плотности, прочности, при различной температуре.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Международная система единиц физических величин

Наимено-вание величины	Единицы измерения				Соотноше-ние единиц
	По действующим системам ранее		По системе СИ
	Наимено-вание	Обозна-чение	Наимено-вание	Обозна-чение
Сила, нагрузка, вес	килограмм-сила, тонна-сила, грамм-сила	кгс тс гс	ньютон	Н	1 кгс =9,8Н 10Н 1тс=9,8∙10-2Н 1гс=9,8∙10-3Н
Линейная нагрузка Поверхност-ная нагрузка	килограмм-сила на метр килограмм-сила на метр квадратный	кгс/м кгс/м2	ньютон на метр ньютон на квадр. метр	Н/м Н/м2	1 кгс/м 10Н/м 1кгс/м2 10 Н/м2
Давление	килограмм-сила на квадратный сантиметр миллиметр водяного столба миллиметр водяного столба	кгс/см2 мм.вод. ст. мм.рт. ст	паскаль	Па	1кгс/см2 105 Па 0,1 МПа 1мм. вод.ст 9,8 Па 10Па 1мм. рт. ст. 133 Па
Механич. напряжение	килограмм-сила на квадратный сантиметр	кгс/см2	паскаль	Па	1кгс/см2 105 Па 0,1 МПа
Работа (энергия)	килограмм-сила метр	кгс∙м	джоуль	Дж	1кгсм 10 Дж
Кол-во теплоты	ккалория	ккал	джоуль	Дж	1ккал 4,2 Дж
Мощность	килограмм-сила-метр в секунду лошадиная сила кило-калория в час	кгсм/с л.с.	ватт	Вт	1кгс∙м 10 Вт 1л.с. 735,5 Вт 1ккал/ч 1,16 Вт
Теплопро-водность	ккалория в час на метр-градус Цельсия	ккал/ (ч∙м∙оС)	ватт на метр	Вт/мК	1ккал/(ч∙м∙оС) 1,16 Вт/( м∙К)

18