Определение прочности

Предел прочности при осевом сжатии – основная характеристика природных и искусственных каменных материалов. Форма и размеры стандартных образцов приведены в таблице 5.

Значение показателя прочности зависит от размера и объема испытуемого образца. Так прочность на разрыв стеклянного волокна возрастает с уменьшением его толщины: при диаметре равном 0,1 мм прочность при растяжении достигает 200 МПа, а при диаметре 0,002 мм -4000 МПа. Это связано с уменьшением числа дефектов (трещин, дислокаций и т.п.) при уменьшении размеров образцов.

При испытании бетонных образцов разного размера на сжатие проявляется влияние сразу двух факторов: объема образца, а также площади и состояния поверхности, через которую передается сжимающее усилие.

Между плитой и поверхностью образца возникает трение, которое препятствует расширению образца и повышает его прочность. Таким образом, оно оказывает влияние противоположное действию объемного фактора. Если устранить трение с помощью хорошей смазки, то прочность бетонных образцов снизится почти вдвое.

Влияние “объемного” и “поверхностного” масштабных факторов у различных материалов проявляется по-разному, поэтому переходные коэффициенты к прочности стандартных образцов устанавливают для каждого материала экспериментально.

Прочность бетонов на сжатие и растяжение определяется по ГОСТ 10180-90. Испытание бетона предусмотрено статическими методами. Форма и размеры образца зависят от вида испытания бетона. За базовый принимают образец с размерами рабочего сечения 150×150 мм. Стандартизированные размеры и формы образцов приведены в таблице 6.

Таблица 6 – Размер и форма бетонных образцов

При производственном контроле, когда одновременно определяют прочность при изгибе и сжатии, допускается определять прочность при сжатии на половинках призм, полученных после испытания на изгиб.

При отклонении размеров и форм образцов от стандартных наблюдается значительный разброс результатов испытаний образцов-близнецов. Поэтому ГОСТ 10180-90 предъявляет повышенные требования к формам для изготовления образцов.

Отклонения размеров отформованных образцов по основным параметрам не должны превышать ±1 %. Высокие требования предъявляются к неплоскостности рабочих граней, непрямолинейности ребер и т.д.

Размеры образцов зависят от наибольшей крупности зерен заполнителя в бетонной смеси и приведены в таблице 7.

Таблица 7 – Размеры бетонных образцов

Образцы изготовляют сериями, серия состоит из трех образцов. Схема укладки и уплотнения бетонной смеси в форму определяется удобоукладываемостью смеси.

При укладке бетонной смеси жесткостью менее 11 c или осадкой конуса менее 10 см уплотнение бетонной смеси проводят на виброплощадке до появления на поверхности цементного теста.

При изготовлении образцов из бетонной смеси жесткостью более 11 c уплотнение смеси проводят на виброплощадке с пригрузом, обеспечивающим удельное давление более 0,04 кг/см2, до прекращения оседания пригруза. Если осадка конуса более 10 см, то уплотнение смеси производят штыкованием стальным стержнем. Заполнение формы бетонной смесью производят слоями высотой не более 100 мм. Каждый слой уплотняют штыкованием из расчета 1 нажим на 10 см2 поверхности образца.

Образцы из ячеистого бетона выпиливают или выбуривают из контрольных неармированных блоков, изготовленных параллельно с изделиями из одной и той же смеси. Выпиливают (выбуривают) образцы из верхней, средней и нижней частей изделий.

Стандартизуется режим твердения бетонных образцов. При нормальных условиях твердения (температура (20±2) 0С, относительная влажность 95 %) они находятся в формах накрытыми влажной тканью в течение суток для бетонов марок 100 и выше и 2-3 суток – из бетонов марок 75 и ниже, а также для бетонов с добавками-замедлителями твердения. Образцы из всех видов бетона, предназначенные для определения прочности при растяжении при нормальном твердении, распалубливают не ранее, чем через 4 суток после изготовления.

Уплотнение образцов должно проводиться на стандартизованных виброплощадках СМЖ-739, СМЖ-539 или 435А, обеспечивающих определенную частоту ((2900±100) кол/мин) и амплитуду ((0,5±0,05) мм) колебаний. Регулярно должна проводиться поверка виброплощадки (1 раз в год) и форм (1 раз в 6 месяцев).

Образцы следует испытывать на прессах, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 28840-90, поверенных органами государственного метрологического надзора. Аттестация должна проводиться не реже 1 раза в 2 года.

Перед испытанием образцов размеры их должны быть замерены в соответствии с указаниями ГОСТ 10180-90. Образец устанавливают по центру нижней опорной плиты, пользуясь нанесенными на нее рисками либо специальным шаблоном.

Нагрузка на образец при испытании должна возрастать непрерывно и равномерно со скоростью (0,6±0,4) МПа/с до его разрушения при сжатии и (0,05±0,02) МПа/с - при изгибе.

Предел прочности при растяжении Rp является основной характеристикой прочности металлов, рулонных гидроизоляционных и кровельных материалов, гидротехнического бетона. При испытании образец закрепляют в зажимах разрывной машины и нагружают со скоростью (0,05±0,02) МПа/с до разрушения образцов. Метод ненадежен, поскольку нагрузка на образцы передается неравномерно и на результаты сильно влияют дефекты в материале. Поэтому взамен испытания бетона на осевое растяжение предусматривается косвенное определение прочности при растяжении по результатам испытаний образцов-кубов и цилиндров на раскалывание.

Прочность, определенная методом раскалывания, не совпадает с прочностью на осевое растяжение, поскольку сжимающая нагрузка передается через прокладку и сказывается влияние пластических деформаций бетона. Если установлена корреляционная зависимость между прочностью при раскалывании Rpp и изгибе Rизг, то прочность бетона на осевое растяжение определяют по формуле:

Rp= 0,58gRpp, (47)

где g – экспериментальный коэффициент перехода от прочности бетона на растяжение при раскалывании к прочности на растяжение при изгибе, определенной на образцах-балочках размером 15×15×60 см.

Расчет коэффициента g производят по формуле:

где Rрр и Rизг – пределы прочности на растяжение при раскалывании и на растяжение при изгибе соответственно.

Схемы определения пределов прочности при изгибе и растяжении приведены в таблице 8.

При определении прочности при раскалывании Rpp на образцы дополнительно устанавливают стальные цилиндры или полуцилиндры диаметром (150±10) мм и длиной не менее длины ребра образца-куба. Для равномерной передачи нагрузки на поверхность образца ее либо выравнивают цементной стяжкой (кирпич), либо используют прокладки из трехслойной фанеры.

При испытании бетонных балочек на прочность при изгибе Rизгпролет балочки должен быть равен трехкратному сечению образца, т.е. 300, 450, 600 мм.

При испытании бетонных образцов в реальных условиях в расчетные формулы, приведенные в таблице 8, вводят масштабные коэффициенты α, β, γ, δ прочности бетона в образцах базового размера, и коэффициент Kw– поправочный коэффициент, учитывающий влажность образца. Числовые значения масштабных коэффициентов определяют экспериментально; при определении прочности при сжатии Rсжкоэффициент α имеет значение для куба с ребром 70 мм – 0,85; 100 мм – 0,95; 150 мм – 1; 200 мм – 1,05 и 300 мм – 1,1. На эти коэффициенты следует умножать значения Rcж, полученные при испытании образцов не базовых размеров.

Значения коэффициентов Kwдля ячеистого бетона равны 0,8 при влажности равной 0 %; 0,9 – влажность 5 %; 1,0 – влажность 10 %; 1,05 – влажность 15 %; 1,1 – влажность 20 %; 1,15 – влажность более 25 %. Для других видов бетона Kw=1.

Прочность бетона в серии образцов определяют как среднее арифметическое в серии:

- из двух образцов – по двум образцам;

- из трех образцов – по двум наибольшим по прочности образцам;

- из четырех образцов – по трем наибольшим по прочности образцам; - из шести образцов – по четырем наибольшим по прочности

образцам.

Предварительно необходимо отбраковывать аномальные результаты испытаний.