Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторна робота №3
«Определение механических свойств строительных материалов»
Цель работы: Ознакомиться с методикой определения механических свойств строительных материалов.
1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Механические свойства характеризуют способность материала сопротивля ться разрушающему или деформирующему воздействию внешних сил. Учи тывая условия работы природных каменных материалов в различных конст рукциях, в лаборатории определяют следующие механические свойства прочность, сопротивление удару, истираемость и др.
1.1 Определение прочности на сжатие
Прочностью называют свойство материала соп ротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возника ющих от внешних нагрузок. Под действием различных нагрузок материалы в зданиях и сооружениях испытывают различные внутренние напряжения (сжатие, растяжение, изгиб, срез и др.). Прочность является важным свойство большинства строительных материалов. От ее значения зависит нагруз ка, которую может воспринимать данный элемент при заданном сечении. Если материал обладает большей прочностью, то размер сечения элемента может быть уменьшен. Прочность строительных материалов характеризует ся пределом прочности при сжатии, изгибе и растяжении, ее определяют пу тем испытания образцов (рис. 6) в лаборатории на гидравлических прессах или разрывных машинах.
Рис. 6. Образцы для испытания материалов: I — на сжатие: а) - плотный природный камень, б) - пористый природный камень, в) – бетон, г) - кирпич (куб скле ен из двух половинок); II — на изгиб: д) - цементный раствор, е) - кирпич, ж) - древесина; III — на растяжения: з) - сталь, и) - пластмасса
Предел прочности сжатия материала — напряжение, соответствующее нагрузке, при которой происходит разрушение образца материала [Па (кгс/см2)]:
Rсж= , (3.1)
где Р - разрушающая нагрузка, Н (кгс);
S - площадь поперечного сечения образца, м2 (см2).
Для определения предела прочности при сжатии образцы материала под вергают действию сжимающих внешних сил и доводят до разрушения. Ис пытуемые образцы должны иметь правильную геометрическую форму (куб, параллелепипед, цилиндр). Образцы из естественных каменных мате риалов в форме кубов могут быть следующих размеров: 50x50x50, 70x70x70, 100x100x100 мм. Образцы из плотных материалов можно прини мать меньшего размера, а из пористых материалов — большего размера.
Диаметр образцов-цилиндров может быть 50 или 80 мм, а высота не более двух диаметров. Изготовить цилиндричес кие образцы из каменных материалов с помощью специальных полых сверл значительно проще, чем кубические, так как в образцах-кубах требуется тщатель ная обработка шести граней. Подготовлен ные образцы-кубы или цилиндры при шлифовывают на шлифовальном станке по двум противоположным плоскостям, которые должны быть параллельны. Пра вильность плоскостей проверяют металли ческим угольником и штангенциркулем. Готовые образцы нумеруют черной тушью или другой краской. Кроме того, парал лельными пиниями указывают направление сланцеватости или пласта отдельностей. Форма и размеры образцов различных строительных материалов должна соответствовать требованиям ГОСТа для каждого вида материалов.
Для испытания образцов материала на сжатие применяют гидравличес кие прессы (рис. 7) и универсальные испытательные машины. Перед испытанием образец очищают мягкой щеткой или тканью, взвешивают и обме ряют его с точностью до 1 мм. Затем его устанавливают на нижнюю опор ную плиту пресса точно по ее центру, а верхнюю опорную плиту с помо щью винта опускают на образец и плотно закрепляют его между двумя опорными плитами. Убедившись в правильности установки образца, вклю чают насос пресса и дают на образец нагрузку, следя за скоростью ее нарас тания в секунду 0,5-1 МПа (5—10 кгс/см2). В момент разрушения образца, т. е. в момент наибольшей нагрузки, стрелка остановится и начнет дви гаться обратно. Этот момент необходимо зафиксировать.
Рис. 1.5 Общий вид гидравлического пресса.
Каждый материал испытывают не менее чем на трех образцах. За окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов ис пытаний трех образцов.
Физическое состояние материала оказывает большое влияние на значе ние прочности образцов. Прочность каменных материалов в сухом состоя нии почти всегда выше прочности того же материала в насыщенном водой состоянии. Это учитывается коэффициентом размягчения.
Коэффициент размягчения kр определяют как частное от делении сред него арифметического значения предела прочности при сжатии образцов, ис пытанных в насыщенном водой состоянии (Rнас) на предел прочности образ цов в сухом состоянии (Rсук):
kр=, (3.2)
1.2 Определения предел прочности при изгибе .
Определяют на тех же прессах и универ сальных испытательных машинах, что и предел прочности при сжатии, од нако применяют специальные приспособления. К нижней опорной плите с помощью двух планок прикрепляют два катка, которые служат опорой для испытуемого образца, а к верхней опорной плите с помощью прикрепляют нож изгиба. Образцы изготовляют согласно ГОСТу на испытуемый материал. Например, при испытании цемента изготовляют образцы-балочки размером 40x40x160 мм, а при испытании древесины — балочки размером 20x20x300 мм. Нагрузка на образец передается или двумя грузами.
Предел прочности при изгибе [МПа (кгс/см2)] определяют по следующим формулам:
при одном сосредоточенном грузе и образце-балочке прямоугольного сечения
Rизг=, (3.3)
при двух равных грузах, расположенных симметрично оси балочки:
Rизг=, (3.4)
где Р - разрушающая нагрузка, Н (кгс);
l - пролет между опорами, м (см);
а - расстояние между грузами, м (см);
b и h - ширина и высота поперечного сечения балочки, м (см).
Предел прочности при изгибе вычисляют как среднее арифметическое результатов испытаний трех образцов.
Предел прочности при растяжении определяют у таких строительных материалов, как древесина, строительные стали, пластмасс рулонные кровельные материалы. Образцы изготовляют в виде двусторонних лопаток; форму и размер определяют по соответствующим ГОСТам на испытуемый материал.
Перед испытанием измеряют ширину и толщину образца с точностью до 0,1 мм, затем закрепляют его в зажимы разрывной машины. Нагружают образец равномерно с заданной ГОСТом скоростью. По силоизмерителю машины определяют максимальную нагрузку.
Предел прочности при растяжении [МПа (кгс/см2.)
Rр=, (3.5)
где Р - разрушающая нагрузка, Н (кгс);
S0 - первоначальная площадь поперечного сечения образца, м2 (см2).
Предел прочности при растяжении вычисляют как среднее арифметическоекое результатов испытаний трех образцов.
1.3 Определение ударной прочности
Динамической или ударной прочностью называют свойство материала сопротивляться разрушению при ударных нагрузках. Она характеризуется количеством работы, затраченной на разрушение стандартного образца, отнесенной к единице объема (Дж/см ).
Испытание образцов материала на удар обычно проводят на копрах.
Копер (рис.1.6) для проведения испытания образцов в виде цилиндров диаметром и.высотой 25 мм представляет собой массивную металлическую опору с двумя закрепленными в ней направляющими стержнями 2.
Внизу копра имеется наковальня 1 массой 50 кг, заделанная в фунда мент. На наковальне устанавливают испытываемый образец 5. По металлическим направляющим 2 передвигается стальная гиря 3 массой 2 кг. Гиря ударяет по образцу через подбабок 4 со сферической поверхностью ра диусом 1 см, соприкасающийся с образцом. Удары должны приходиться точно в центр верхней плоскости образца. Первый удар наносят с высоты 1 см, второй - с 2 см, третий - с 3 см и т.д. до разрушения образца, т.е. до появления первой трещины. Показателем сопротивления образца удару слу жит порядковый номер удара, предшествующий раз рушению. Так, если первая трещина появилась после 24-го удара с высоты 24 см, то считают, что проч ность материала на удар составляет 23.
Каменный материал признаётся хорошо сопротивляющимся удару при показателе, равном 16 и выше, и плохо сопротивляющимся удару при показателе, равном 8 и ниже.
Для сопоставления полученной величины с ре зультатами испытания на копрах других систем вы числяют работуА [кгс*см/см3(Дж/см3)], затраченную на разрушение образца, отнесенную к его объему V (см3).
Подсчет ведуть по формуле:
A= (3.6)
где Р - масса гири, кг;
n- порядковый номер удара, разрушившего образец;
V- объем образца, см3.
1.4 Определение показателя истираемости
Показатель истираемости показывает стойкость материала кабразив ному износу. Он оценивается потерей массы материала, отнесенной к еди нице его площади, или уменьшением толщины материала. Чем выше пока затель истираемости, тем менее износостоек материал. Наибольшее значе ние показатель истираемости имеет для строительных материалов, подвер гающихся соответствующим воздействиям, например, для дорожных и
напольных покрытий и т.п.
Показатель истираемости строительных материалов определяют специ альными приборами, конструкция которых зависит от вида материала. Так, полимерные материалы для полов испытывают с помощью шлифовальной шкурки, входящей в состав прибора, а каменные материалы (бетоны, рас творы, природный камень, керамическую плитку) — на кругах истирания с использованием шлифовальных порошков (кварцевый песок).
Сопротивление истиранию — это способность материала сопротивлять ся изменению объема или массы под действием истирающих усилий.
Показатель истираемости материала И (г/см2) устанавливают по формуле (3.7):
И = (3.7)
где m - масса образца до истирания, г;
m1 – масса образца после истирания , г;
F- площадь истирания, см 2.
Для определения истираемости применяют специальные приборы — круги истирания (рис. 1.7). Прибор состоит из чугунного диска 1, который . вращается на вертикальной оси со скоростью 30 об/мин. Частота вращения фиксируется имеющимся счетчиком. Над диском имеются два зажимных приспособления 2 для закрепления в них испытуемых образцов 3. Оси за жимов находятся на расстоянии 22 см от центра диска.
С помощью специ ального приспособления образец прижимают к поверхности круга с силой 6 Н на 1 см2 площади образца. Над диском на станине укреплены два бачка 4 для автоматической подачи истирающего порошка и два бачка для воды, которая необходима в случаях испытания влажных образцов.
У зажимов установлены щетки для сметания в железный кожух исти раемого материала. В качестве истирающего порошка применяют наждак или корунд крупностью около 0,5 мм. Расход истирающего порошка дол жен быть 20 г/мин.
Образцы должны быть правильной геометрической формы, высотой не менее 5-7 см, площадью не менее 40-50 см2. В случае меньшей высоты об разец наклеивают на деревянную пластинку для получения требуемой об щей высоты в 5-7 см.
Перед испытанием образец взвешивают с погрешностью до 0,1 г. Затем образец устанавливают на круг истирания так, чтобы истиралась его ниж няя грань. При отсутствии у круга истирания бачков для автоматической подачи истирающего порошка на диск прибора равномерным слоем насыпают пер вую порцию (20±1) г шлифзерна (на первые 30 м пути).Через каждые 30 м пути (28 оборотов диска на приборе ЛКИ-2 или ЛКИ-3) истирающий диск останавливают. С него удаляют остатки абразив ного материала, насыпают новую порцию абразива и снова включают при бор. Указанную операцию повторяют 5 раз, что составляет 1 цикл испыта ний (150м пути).
После каждого цикла испытаний образец вынимают из гнезда, повора чивают на 90 в горизонтальной плоскости и проводят следующие циклы испытаний. Всего проводят четыре цикла испытаний для каждого образца (общий путь истирания равен 600 м).
После испытания образец взвешивают, а его показатель истираемости вычисляют по формуле (1.6).
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
2.1 Определение предела прочности при сжатии.
P= 250 кгс = 25 МПа
F = 50 см2
R R
Результаты определения предела прочности при сжатии приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Определение предела прочности при сжатии.
|
Наименование материала |
F , см2 |
P, МПа |
R, МПа |
|
Пенобетон |
50 |
25 |
0,5 |
2.2 Определение предела прочности при изгибе.
l= 150 мм P3кгс = 0,3 МПа
b= 4 мм
h= 4 мм R= R
Результаты определения предела прочности при изгибе приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Определение предела прочности при изгибе.
|
Наименование материала |
Размеры образца, см |
P, МПа |
R, МПа |
||
|
l |
b |
h |
|||
|
Гипс |
1.6 |
0.4 |
0.4 |
0.3 |
1.125 |
2.3 Определение ударной прочности.
V=πr2h = см3 A=
P = 2 кг
n = 3 A= = 1,27
Результаты определения ударной прочности приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Определение ударной прочности.
|
Наименование материала |
V, см3 |
P, кг |
n |
A, |
|
Легкий бетон |
9,42 |
2 |
3 |
1,27 |
2.4 Определение показателя истираемости.
m= 825 г H=
m1= 820 г
F = 50 см2 H= г/см2
Результаты определения показателя истираемости приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Определение показателя истираемости.
|
Наименование материала |
F, см2 |
m, г |
m1, г |
H, |
|
Мелкозернистый бетон |
50 |
825 |
820 |
0,1 |
ВЫВОД:
Таким образом, в результате работы предел прочности пенобетона при сжатии составил 0,5 МПа.
Предел прочности гипса при изгибе составил 1,125 МПа.
Ударная прочность легкого бетона составила 1,27 Дж/см3.
Показатель истираемости мелкозернистого бетона составил 0,1 г/см2.