Практикум Учебное пособие для студентов строительных специальностей высших учебных заведений заочной и дистанционной форм обучения

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ 2.1. Общие сведения Механические свойства характеризуют способность материалов противостоять силовым, тепловым и другим напряжениям, возникающим в них без нарушения структуры. Механические свойства подразделяются на прочностные и деформативные. Деформативность характеризует способность материала изменять свою форму и размеры без изменения массы. Прочностью называется способность материала сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим в результате действия внешних сил. Материалы в сооружениях могут испытывать под действием нагрузок различные внутренние напряжения: сжатие, изгиб, растяжение, срез, удар, и др. Прочность строительных материалов оценивается пределом прочности, т.е. напряжением в материале, соответствующим нагрузке, при которой происходит разрушение образца. На практике в сооружениях допускаются напряжения, которые в несколько раз меньше предела прочности. Этим создается запас прочности, установленный государственными нормами. Обычно запас прочности равен 2, 3 и более. Значение разрушающей силы определяют на прессах или разрывных машинах. По величине предела прочности устанавливается марка строительных материалов по прочности. 2.2. Цель работы Изучение методики и порядка определения показателей механических свойств строительных материалов. 2.3. Порядок выполнения работы 2.3.1. Определение предела прочности при сжатии Сущность испытания заключается в разрушении образца материала сжимающей нагрузкой (Р), действующей на единицу площади (F). Предел прочности при сжатии определяют путем испытания серии образцов (не менее 3-х) на гидравлических и механических прессах. Форма и размеры образцов представлены в табл. 9. Таблица 9 Схемы испытания и исходные данные для определения предела прочности при сжатии № Показатели Основные характеристики образцов 1 Форма образцов Куб Цилиндр Призма квадратного сечения Балочка (половинка) 2 Схема испытания Р а а Р d h h Р h а a Р b a Р 3 Геометрические размеры образцов, см а = 7, 10, 15, 20, 30 а = 7, 10, 15, 20, 30 h=d или 2d а = 10, 15, 20 h = 4a а = 4, А = 6,25 F= а•b=25 см2 Перед испытанием образцы осматривают, выбирают опорные грани. Они должны быть ровными, гладкими, параллельными. Определяют их линейные размеры штангенциркулем или металлической линейкой. По результатам измерений рассчитывают рабочую площадь опорных граней в см2. Затем поочередно каждый образец устанавливают в центр нижней плиты пресса, опускают верхнюю плиту, после чего включают пресс и материал подвергается действию сжимающих сил, приводящих к его разрушению. С силоизмерителя пресса снимают значение разрушающей нагрузки в кгс. Предел прочности при сжатии вычисляют по формуле: , МПа или кгс/см2 (21) где Р - разрушающая сила, Н (кгс); F - площадь поперечного сечения образца, м2, см2. 1 МПа = 9,81 кгс/см2. Результаты определения предела прочности при сжатии заносят в табл. 10. Таблица 10 Результаты определения предела прочности при сжатии Наименование материала Номер образца Опорная площадь, м2, см2 Разрушающая сила, Н (кгс) Предел прочности при сжатии, МПа, (кгс/см2) полученное значение среднее значение по справочным данным Предел прочности при сжатии материала является определяющим показателем для: колонн, опор, фундаментов, стен и др. 2.3.2. Определение предела прочности при изгибе Испытание заключается в разрушении образца сосредоточенной нагрузкой (Р), прикладываемой по середине пролета (ℓ). Определение предела прочности при изгибе осуществляется на гидравлических прессах или на установке МИИ-100. Опытные образцы-балочки изготовляют путем выпиливания или формования из растворной или бетонной смеси. Испытательные схемы, форма и размеры образцов представлены в табл. 11. Размеры образцов и расстояние между опорами, при испытании устанавливаются ГОСТом на данный строительный материал. Предел прочности при изгибе материала является определяющим показателем для: балок ферм, покрытий, перекрытий и др. Основные схемы испытания, типоразмеры образцов представлены в табл. 11 Таблица 11 Схемы испытания и исходные данные для определения предела прочности при изгибе № Наименование показателей Характеристики показателей 1 Форма образцов Прямоугольная призма квадратного сечения 2 Размеры образцов а (в,h)= 4, 5, 7, 10, 15, 20 см; ℓ = 4а 3 Вид нагрузки Одноточечная Двухточечная 4 Схема испытания 5 Расчетная формула (22) (23) 6 Составляющие формул (22) и (23) Р - разрушающая сила, Н (кгс); - расстояние между опорами, м (см); в - ширина образца, м (см); h - высота образца, м (см); m – расстояние между грузами м (см). Образцы 1 осматривают, обмеряют. С помощью стальных стержней 2 диаметром 10 мм на нижней плите 3 пресса составляют испытательную схему (рис. 6), опускают верхнюю плиту 4 и нагружают образец до разрушения. Предел прочности при изгибе (Rизг) вычисляют по формулам 22 и 23 с погрешностью 0,1 МПа как среднее арифметическое результатов испытаний установленного числа образцов. При испытании образцов-балочек размером 4 × 4 × 16 см используют испытательную машину МИИ-100, позволяющую снимать показатель предела прочности при изгибе по счетчику машины. Результаты определения прочности при изгибе заносят в табл. 12. Таблица 12 Результаты определения предела прочности при изгибе Наименование материала Тип установки Номер образца Расстояние между опорами, м(см) Ширина образца, м (см) Высота образца, м (см) Разрушающая сила, Н, (кгс) Предел прочности при изгибе, МПа, (кгс/см2) полученное значение среднее значение 2.3.2. Определение твердости материалов Твердостью называют способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого материала. 2.3.2.1. Определение твердости материалов по шкале Мооса При определении твердости хрупких природных и искусственных каменных строительных материалов пользуются шкалой твердости Мооса, состоящей из 10 эталонных минералов. Минералы в шкале подобраны таким образом, что каждый последующий оставляет черту (царапину) на предыдущем (с меньшим номером), и в то же время сам не прочерчивается им. Показатели твердости минералов по шкале Мооса приведены в табл. 13. Таблица 13 Твердость минералов по шкале Мооса Минерал Показатель твердости Тальк Гипс Кальцит Плавиковый шпат Апатит Ортоклаз (полевой шпат) Кварц Топаз Корунд Алмаз 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Для установления твердости испытуемого материала на гладкой его поверхности пробуют нанести черту каждым из минералов, входящих в шкалу, начиная с самого мягкого из них. За твердость принимают величину между условной твердостью того минерала, который оставляет черту на испытуемом образце, и предыдущим, более мягким минералом, не оставляющим черты на образце. Твердость материала влияет на легкость его обработки, назначение, долговечность и др. 2.3.2.2. Определение твердости для пластичных материалов Для пластичных материалов (древесины, пластмасс, некоторых металлов и бетонов) твердость определяется вдавливанием в материал стандартного стального шарика. Число твердости вычисляют по формуле: , МПа или кгс/см2 (24) где Р – приложенная не до разрушения нагрузка, Н (кгс); F - площадь поверхности отпечатка, м2, см2. 2.3.3. Определение сопротивления удару Сущность испытания заключается в разрушении образца ударной нагрузкой. Испытания на удар производят на копрах. Образцы (3 шт.) должны иметь форму цилиндра диаметром и высотой 25 мм. Образец 1 обмеряют, вычисляют его объем. Затем устанавливают на наковальню 2 копра (рис. 7) и сверху опускают подбабок 3, упирающийся в центр образца. После этого начинают сбрасывать стальную бабу 4, масса которой в зависимости от прочности образца может составлять 0,5; 1; 2 или 5 кг. Удары по образцу приходятся через подбабок. Высота первого сброса составляет 1 см, второго – 2 см, третьего – 3 см, и т.д. до момента разрушения образца (до появления первой трещины). Сопротивление удару рассчитывается по формуле: , кгс•см/см3 (24) где Р – сила удара, кгс; Р = mg , где m – масса бабы; ΣS – сумма высот сброса бабы, см; ΣS = (1+2+3+…+n), где n – высота разрушения образца (появления первой трещины), см; V - объем образца, см3 . За окончательный результат принимают среднее арифметическое трех определений. Результаты испытаний по определению сопротивления удару заносят в табл. 14. Таблица 14 Результаты определения сопротивления удару Наименование материала Размер образца, см Объем образца, см3 Сумма высот сброса бабы, см Ударная вязкость, (кгссм/см3) Диаметр Высота Отдельного образца Среднее арифметическое значение  На сопротивление удару (ударную вязкость) испытывают материалы, подвергаемые динамическим воздействиям (дорожно-строительные материалы, плитки для полов, сваи). 2.3.4. Определение истираемости Истираемостью называется способность материала изменяться в объеме и массе под действием истирающих усилий. Испытанию на истираемость подвергают материалы, применяемые для устройства полов, лестничных ступеней, каменных тротуаров и т.п. Истираемость (И, кг/м2) обычно определяют по потере массы образца после его испытания на круге истирания. Образцы для определения истираемости (3 шт.) должны быть в воздушно-сухом состоянии и иметь форму куба с ребром 70 мм или цилиндра диаметром и высотой 70 мм. Определение истираемости производят на круге истирания, который имеет вращающийся истирающий диск, приспособление для установки образцов и их нагружения вертикальной нагрузкой, счетчик оборотов. В качестве абразивного материала используют шлифзерно 16 или нормальный вольский кварцевый песок. Образцы взвешивают, обмеряют и устанавливают в гнезда круга истирания. Прикладывают к каждому по центру сосредоточенную вертикальную нагрузку величиной 300 ± 5 Н, что соответствует давлению 60 ± 1 кПа. На истирающий диск равномерным слоем насыпают абразив (20 ± 1 г), затем включают привод круга и начинают истирание. Через каждые 30 м пути истирания (28 оборотов круга) круг останавливается, с него удаляют остатки абразивного материала и насыпают новую порцию абразива. Эту операцию повторяют 5 раз, что составляет один цикл испытания (150 м). После каждого цикла испытания образцы вынимают из гнезд, поворачивают на 90° в горизонтальной плоскости и продолжают опыт. Всего проводят 4 цикла испытаний (общий путь истирания равен 600 м). Затем образцы вынимают из гнезд, и взвешивают. Величину истираемости определяют по формуле : ( 25 ) где m1- масса образцов до истирания, г; m2 - масса образца после 4 циклов испытания, г; F - площадь истираемой грани образца, см2 . Результаты испытаний заносят в табл. 15. Таблица 15 Наименование материала Номер образца Масса образца до испытания, m1 , г Масса образца после испытания, m2, г Площадь истирания, F, см2 Истираемость, г/см2 полученное значение среднее значение по справочным данным Результаты определения истираемости 2.3.5. Определение износа в полочном барабане Износ крупнозернистого материала (щебня, гравия) определяют по потере его массы при испытании пробы материала в полочном барабане (рис.8). Барабан с внутренним диаметром 700 мм и длиной 500 мм снабжен полкой шириной 100 мм для подъема щебня (гравия) вместе с загруженными в барабан чугунными или стальными шарами диаметром 48 мм и массой 405 г каждый. Частота вращения барабана составляет 30…33 об/мин. Для испытания щебень (гравий) фракции 5...10; 10...20; 20...40 мм просеивают через два сита с размером отверстий, соответствующих наибольшему и наименьшему размеру зерен данной фракции. Из остатка на нижнем сите отбирают по две навески массой 5000 ± 100 г каждая для щебня с предельной крупностью зерен до 20 мм и две пробы по 10000 ± 100 г щебня фракции 20...40 мм. Затем пробу загружают в барабан вместе с шарами (8…12 шт.), и включают его. По окончании испытаний (500…1000 оборотов барабана) пробу просеивают через сито с размерами отверстий 5 мм и контрольное сито с сеткой № 1,25. Остатки на ситах соединяют вместе и взвешивают. Износ щебня (гравия) определяют в процентах по формуле: (26) где m - масса пробы материала, г; m1 - суммарная масса остатков на предохранительном и контрольном ситах, г. В качестве результата испытания принимается среднее арифметическое 2-х параллельных испытаний. Результаты испытаний записываются в табл. 16. Таблица 16 Наименование материала Масса пробы, m, г Масса остатка на сите с отверстиями 5 мм, г Масса остатка на сите с отверстиями №1,25, г Суммарная масса остатков, m1, г Износ, г/см2 полученное значение среднее значение по справочным данным Результаты определения износа щебня (гравия)  Приборы, инструменты, материалы: образцы строительных материалов, гидравлический пресс по ГОСТ 8905-82, штангенциркуль по ГОСТ 166-80, металлическая линейка по ГОСТ 427-75, приспособления для испытания образцов-балочек на изгиб, измерительная машина МИИ-100, копер типа Педжа с массой падающего груза 2 кг, шкала твердости Мооса, круг истираемости типа ЛКИ-3, полочный барабан со стальными шарами (12 шт), торговые весы с комплектом гирь до 10 кг, сушильный шкаф, комплект гирь до 10 кг, сушильный шкаф, комплект стандартных сит для определения зернового состава щебня (гравия), сито с сеткой N 1,25, шлифзерно 16 или нормальный вольский кварцевый песок. Аттестационные вопросы 1. Что характеризуют механические свойства материалов? 2. Что такое прочность материала? 3. Чем характеризуется прочность материала? 4. Описать методику определения предела прочности при сжатии строительных материалов. 5. В чем заключается методика определения прочности при изгибе? 6. Что такое твердость материала и как она определяется? 7. Как производится определение сопротивления удару? 8. Описать методику определения истираемости строительных мате- риалов. 9. Как определяется истираемость (износ) щебня (гравия)? 10. От чего зависит показатель предела прочности материала? Литература  [ 1, 2, 3, 7, 8, 12 ]. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Похожие:

	Практикум по политологии: Учебное пособие для вузов / Под ред. М.... Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений		Учебное пособие для студентов высших учебных заведений Махачкала 2008 Книга предназначена для студентов, аспирантов, преподавателей высших учебных заведений, работников органов государственной власти...
	Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся... Т11 Теория и методика обучения математике: лабораторный практикум : учеб пособие для студ высш учеб заведений, обучающихся по направлению...		Учебное пособие для студентов заочной формы обучения строительных... Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Учебное пособие включает материалы лекционных занятий по курсу «Социология... Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения всех специальностей, кроме специальностей социально-экономического...		Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся... Г46 Гигиена труда : учебное пособие / авт сост. Л. В. Козачук. — Балашов : Изд-во «Николаев», 2005. — 60 с
	Методические указания к выполнению лабораторных работ Ставрополь Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, оно может быть использовано также преподавателями вузов, учителями...		Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников... Методические указания предназначены для студентов-заочников экономических специальностей сельско­хозяйственных высших учебных заведений,...
	А. Л. Темницкий Социологические исследования Учебное пособие предназначено для студентов и аспирантов высших учебных заведений, заинтересованных в исследовательском воплощении...		Лезина О. В., Федоров И. В. Управление знаниями в организации: Учебное... Учебное пособие предназначено для студентов, магистрантов, аспирантов и преподавателей высших учебных заведений, а также практиков,...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Учебно-методическое пособие предназначено для студентов дневной и заочной формы обучения высших и средних учебных заведений		Тесты допущено Учебно-методическим объединением по образованию в... М91 Маркетинг-практикум: задачи, кейсы, тесты: учебное пособие / Т. В. Муртузалнева, Р. К. Цахаев. —М.: Издательство «Экзамен»,...
	Женские судьбы в книгах Черняк М. А. Современная русская литература учебное пособие для студентов высших педагогических учебных заведений. – М. Форум : Сага,...		Методическое пособие по выполнению студентами рефератов учебное пособие... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Учебно-методический комплекс предназначен для студентов высших учебных заведений культуры и искусства. Учебно-методический комплекс...		Учебное пособие для студентов высших учебных заведений и преподавателей средней школы Институт биологии, экологии, почвоведения, сельского и лесного хозяйства (Биологический институт)