Переходные коэффициенты масштабности

Таблица 8.1

8.2. Определение коэффициента размягчения (водостойкости) материала

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:

К_р= , (8.2)

- предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов, МПа (кгс/см²);

- предел прочности при сжатии образцов, высушенных до постоянной массы, МПа (кгс/см²).

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 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.

8.3. Определение предела прочности при изгибе

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 40x40x160 мм (рис. 8.1. д), а при испытании древесины - балочки размером 20x20x300 мм (рис. 8.1 ж). Нагрузка на образец может передаваться одним или двумя грузами по схемам, которые приводятся соответственно на рис. 8.1 д и 8.1 ж.

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, не 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_изг, а на машине МИИ - 100 сразу определяется величина предела прочности при изгибе R_изг. В первом случае предел прочности при изгибе определяют по формулам:

а) при одном сосредоточенном грузе и образце - балочке прямоугольного сечения

R_изг=, [МПа (кгс/см²)], (8.3)

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

R_изг= , [МПа (кгс/см²)], (8.4)

где: Р_изг - разрушающая нагрузка, Н (кгс);

l - пролет между опорами, м (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 3-х образцов.

9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА КОНСТРУКТИВНОГО КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ

Коэффициент конструктивного качестваматериала (К.К.К.) материала характеризует его конструктивные свойства. Коэффициент конструктивного качества определяют по формулам:

К.К.К.= , [МПа], (9.2)

где: R - предел прочности материала, МПа;

ρ₀ - средняя плотность материала, г/см³, подставляемая в формулу в виде безразмерной величины.

Наиболее эффективные конструкционные материалы имеют более высокую прочность при малой средней плотности. Повышения К.К.К. можно добиться снижением средней плотности материала и увеличением его прочности.

10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОРОЗОСТОЙКОСТИ

Морозостойкость характеризует способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание. Основная причина разрушения влажного материала при замораживании заключается в давлении на стенки пор воды при ее замерзании, составляющем десятки и сотни МПа и приводящем к разрушению материала.

Определение морозостойкости материалов из горных пород производят в соответствии с ГОСТ 30629-99. Для этого готовят образцы кубической формы с ребром 40-50 мм или цилиндрической - диаметром и высотой 40-50 мм. Испытание проводят в следующей последовательности. Образцы укладывают в ванну на решетку в один ряд и заливают водой с температурой 20+5⁰С так, чтобы уровень воды в ней был выше верха образцов на 20 мм. После выдержки образцов в течение 48 часов воду сливают. Пять образцов испытывают на сжатие по стандартной методике, ванну с остальными образцами помещают в холодильную камеру и доводят температуру до минус 17-25⁰С. При установившейся температуре в пределах минус 17-25⁰С образцы выдерживают 4 часа, после чего ванну вынимают из камеры и наливают а нее проточную или сменяемую воду с температурой 20+5⁰С, и выдерживают до полного оттаивания образцов, но не менее 2 часов. Одно замораживание и одно оттаивание считаются за один цикл. Циклы испытаний повторит и в зависимости от ожидаемой величины морозостойкости для данного материала после 15, 25, 60 или более циклов по пять образцов подвергают испытанию на сжатие по ранее изложенной методике.

По результатам испытаний вычисляют потерю прочности образцов по формуле:

D= 100, [%] [10.1]

где: R_cж - среднее арифметическое значение прочности на сжатие пяти образцов в насыщенном водой состоянии, [МПа (кгс/см²)];

- среднее значение прочности на сжатие пяти образцов после их испытания на морозостойкость, [МПа (кгс/см²)].

Если среднее значение потери прочности пяти образцов при сжатии после попеременного их замораживания и оттаивания не превышает 20% при установленном числе циклов, то такой материал отвечает соответствующей марке по морозостойкости. При потере прочности свыше 20% материал не отвечает соответствующей марке по морозостойкости. Морозостойкость может оцениваться также по потере массы образцами из испытуемого материала. В этом случае после насыщения водой образцы (не менее 5-ти) взвешивают, а затем после соответствующего количества циклов замораживания-оттаивания снова взвешивают. По результатам вычисляют потерю массы образцов по формуле:

D= 100, [%] [10.1]

где: m₁ - маccа образца до испытания, г;

m₂ - масса образца после испытания, г.

Пределом морозостойкости считается то наибольшее количество циклов, которое материал выдержал при потере массы не более 5%.

11. ПЕРЕЧЕНЬ ПРИБОРОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Для проведения работ необходимо располагать следующим обору-дованием и материалами:

1) весы технические с разновесами - 4-5 компл.;

2) пикнометры 100 - 200 мл - 4 шт.;

3) объемомеры Ле-Шателье - 4 шт.;

4) круг истирания - 1 шт.;

5) пресс гидравлический ПСУ-10 - 1 шт.;

6) машина испытательная изгибающая МИИ-100 - 1 шт.;

7) электроплитка - 1 шт.;

8) весы гидростатические - 2 компл.;

9) штангенциркуль - 2 шт.;

10) чашка с парафином - 1 шт.;

11) образцы для испытаний на сжатие, изгиб, истирание - 8 шт.;

12) порошок известняка - 1 кг.

12. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ

К работе допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности и ознакомившиеся с инструкцией по эксплуатации приборов и оборудования. Особое внимание следует обратить на безопасные приемы работы на круге истирания. К работе допускаются студенты только под руководством преподавателя.

В случае выявления неисправности или поломки оборудования работы следует прекратить, оборудование обесточить, о случившемся сообщить заведующему лабораторией.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Классификация свойств строительных материалов.

2. Истинная плотность материала, методы определения.

3. Средняя плотность материала, методы определения.

4. Относительная плотность и пористость материала, методы определения.

5. Влияние влажности строительных материалов на их свойства.

6. Водопоглощение строительных материалов, методы определения.

7. Коэффициент размягчения строительных материалов, методы определения.

8. Водонепроницаемость, гигроскопичность, привести примеры водонепроницаемых строительных материалов.

9. Морозостойкость строительных материалов. Факторы, влияющие на морозостойкость.

10. Методы определения морозостойкости строительных материалов.

11. Теплопроводность строительных материалов.

12. Огнестойкость строительных материалов, группы строительных материалов по огнестойкости.

13. Определение предела прочности при сжатии и при изгибе природных каменных материалов.

14. Огнеупорность строительных материалов. Группы строительных материалов по огнеупорности.

15. Прочность материалов. Факторы, влияющие на прочность.

16. Привести примеры строительных материалов хорошо работающих на сжатие и изгиб.

17. Неразрушающие методы контроля прочности строительных материалов.

18. Какая существует зависимость между прочностью и плотностью материала?

19. Упругость, пластичность и хрупкость материалов.

20. Твердость, истираемость, износ материалов.

21. Долговечность, химическая стойкость материалов.

22. Коэффициент конструктивного качества материалов.

ЗАДАЧИ

1. Образец камня неправильной формы весил на воздухе 80 г. После покрытия поверхности образца парафином масса его в воде составила 37 г. На парафинирование образца израсходовано парафина 0,75 г. (плотность парафина 0,9 г/см³). Вычислить среднюю плотность камня, определить его пористость, если истинная плотность 2,6 г/см³.

2. Цилиндрический образец горной порода диаметром и высотой 5 см весит в сухом состоянии 245 г. После насыщения водой его масса увеличилась до 249 г. Определить среднюю плотность камня и его водопоглощение (объемное и по массе).

3. Образец камня в сухом состоянии весит 77 г, а после насыщения водой-79 г. Вычислить среднюю плотность и пористость, если его плотность - 2,67 г/см³, а объемное водопоглощоние-4,28%.

4. Гидравлический пресс имеет измерительные шкалы на 50, 150 и 300 т. Подобрать шкалу пресса для испытаний на прочность при сжатии образцов бетона, изготовленных в виде кубов с ребром 15 см после 28 суток твердения. Известно, что проектная марка бетона-40 МПа (400 кгс/см²)

5. Средний предел прочности при сжатии образца камня-песчаника в сухом состоянии равен 145 МПа, а после насыщения водой-136 МПа. Определить коэффициент размягчения песчаника и сделать заключение о его водостойкости.

6. На кирпичный столб сечением 50х50 см приложена вертикальная нагрузка в 36 т. Прочность кирпича в сухом состоянии на сжатие (марка) 15 МПа (150 кгс/см²), а предельно допустимая нагрузка на каждый см² сечения столба не должна превышать 10% прочности кирпича. Определить, выдержит ли, находясь в воде, столб указанную нагрузку, если коэффициент размягчения кирпича равен 0,85.

ЛИТЕРАТУРА

1. Строительные материалы: Учебник/ Под общей ред. В.Г.Микульского. - М.: Изд-во АСВ, 2002. - 536 с.

2. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия. - М.: Высшая школа, 1983.- 487 с.

3. Попов Л.Н. Лабораторные испытания строительных материалов. М.: Высшая школа, 1984. – 168 с.

4. Скрамтаев Б.Г. и др. Примеры и задачи по строительным ма
териалам.- М.: Высшая школа, 1976,- 123 с.

5. Вайнштейн М.З. Строительные материалы. Сб. примеров и задач. Йошкар-Ола, МарПИ, 1991.- 197 с.

6. ГОСТ 30629-99. Материалы и изделия облицовочные из горных пород. Методы испытаний

7. ГОСТ 8735-88. Песок для строительных работ. Методы испытаний.

8. ГОСТ 8269.0-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов строительного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний.

9. ГОСТ 13087-81. Бетоны. Методы определения истираемости.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1

Средние значения истинной плотности некоторых строительных материалов

Таблица 2

Средняя плотность некоторых строительных материалов в воздушно-сухом состоянии

Таблица 3

Показателя истираемости некоторых материалов