Прочностью материала называется егоспособность, не разрушаясь, сопротивляться воздействию внешних нагрузок. В строительных материалах, подвергаемых воздействию нагрузок, возникают различные напряжения: сжатия, растяжения, изгиба, кручения, среза. В зависимости от условий работы в конструкциях их испытывают на прочность при сжатии, растяжении, изгибе и т. д. Требования по прочности к строительным материалам изложены в соответствующих нормативных документах (СНиП, ГОСТ, ТУ и т.п.).
Сжатию хорошо сопротивляются каменные материалы (гранит, бетон) и хуже (в 5 – 50 раз) – растяжению, изгибу, удару, поэтому их используют в конструкциях, работающих на сжатие.
Одновременно на сжатие, изгиб и растяжение хорошо работают металл и древесина.
Прочность строительных материалов характеризуется значением предела прочности R - напряжением в испытуемом образце материала в момент его разрушения.
Предел прочности при сжатии:
Rсж = Р/F, МПа (16)
где Р – разрушающая сила, Н;
F – площадь поперечного сечения образца до испытания, м2.
Форма стандартных образцов (в виде куба, цилиндра, призмы), их размер, методика их изготовления и испытания указываются в ГОСТах на соответствующие материалы. Так, для оценки прочности бетона приняты образцы-кубы размером 150 х 150 х 150 мм.
Размеры и форму образцов строго выдерживают, т.к. они влияют на результат испытания. Например, у кубиков малых размеров предел прочности при сжатии меньше чем у кубиков больших размеров того же материала. При испытании кубов бетона размером 70 х 70 х 70 мм в соответствии с требованиями ГОСТ имеется коэффициент пересчета прочности образцов данного размера на прочность образцов стандартного размера (150 х 150 х 150 мм) к = 0,85, для образцов-кубов размером 100 х 100 х 100 мм - к = 0,95, для образцов-кубов размером 200 х 200 х 200 мм - к = 1,05.
На прочность материала влияет не только форма и размер образца, но и характер его поверхности и скорость приложения нагрузки. Результат получается завышенным при быстром нагружении образца. Поэтому, чтобы результаты прочности были правильными, необходимо строго следовать указаниям стандартов на методы испытания материалов.
Водостойкость - способность материала сохранять в той или иной мере свои прочностные свойства при увлажнении. Числовой характеристикой водостойкости служит так называемый коэффициент размягчения:
Кразм = Rнас / Rсух (17)
где Rнас и Rсух – предел прочности при сжатии соответственно водонасыщенного и сухого образцов материала, МПа.
Кразм = 0 …. 1
К водостойким относятся строительные материалы с Кразм ³ 0,8.
Материалы с Кразм < 0,8 в местах, подверженных систематическому увлажнению, применять не разрешается.
Ход работы
Бетонные или гипсовые образцы-кубы нумеруют (номер ставят на поверхности, которая была боковой при формировании), измеряют площадь занумерованной поверхности и заносят полученные значения в табл. 7. Образцы делят на две группы: № 1, 2, 3 и № 4, 5, 6. Образцы первой группы испытывают сухими, второй – помещают в воду перед испытанием на 10…15 мин в зависимости от размеров образца.
Сухие и влажные образцы помещают в пресс занумерованной (боковой) поверхностью вверх. Опускают плиту пресса до поверхности образца и нагружают. Момент разрушения определяют по остановке или началу обратного хода стрелки силоизмерителя визуально по появлению трещин на образце. Результаты испытаний образцов-кубов заносят в табл. 7.
Предел прочности при сжатии (МПа) рассчитывают по формуле
Rсж = Рразр / F, (18)
где F – площадь поперечного сечения образца, м2.
Таблица 7. - Результаты испытаний
| Показатели | Образец | |||||||
| сухой | водонасыщенный | |||||||
| сред-няя | сред-няя | |||||||
| Площадь поперечного сечения образца, см2 Разрушающая нагрузка Рразр, кг Предел прочности при сжатии, кг/см2 (МПа) Коэффициент размягчения, Кразм |
По результатам испытаний сухих и водонасыщенных образцов определяют среднюю прочность гипсового камня в сухом и водонасыщенном состоянии и ее значение заносят в табл. 7.
Водостойкость испытуемого материала оценивают по коэффициенту размягчения:
К разм = R нас / R сух, (19)
где R нас - предел прочности в водонасыщенном состоянии, МПа;
R сух - предел прочности в сухом состоянии, МПа.
По полученному значению К разм делают вывод о водостойкости гипсового камня.
Контрольные вопросы
1. Что называется прочностью, пределом прочности?
2. Как определяется величина предела прочности?
3. Как определяется коэффициент размягчения и его значение?
Лабораторная работа № 4
