Определение прочности при изгибе и сжатии образцов – балочек

Для испытания изготавливают 3 образца – балочки размерами 40х40х160 мм, которые испытывают в возрасте 28 суток. Собранную и смазанную форму с поддоном и насадкой закрепляют на горизонтальной площадке встряхивающего столика, заполняют формы растворной смесью на половину их высоты, разравнивают, уплотняют десятью легкими нажимами шпателя и встряхивают 30 раз. После этого укладывают второй слой на всю высоту (с избытком), уплотняют и встряхивают. Избыток смеси срезают и заглаживают поверхность.

При изготовлении образцов в формах без поддона формы с насадкой, предварительно смазанные, устанавливают на два кирпича одинаковой высоты, покрытых смоченной водой газетой. Используют обыкновенный керамический кирпич с влажностью ≤ 2%, водопоглощением по массе ≥ 10%. Формы заполняют в один прием, уплотняют штыкованием (25 раз) стальным стержнем Д=10…12 мм и снимают насадку. Когда поверхность смеси станет матовой вследствие отсоса из нее воды, избыток смеси срезают влажным ножом и заглаживают поверхность. Распалубку производят через сутки. Условия хранения образцов, как было сказано ранее, зависит от вида вяжущего. Через 28 суток образцы подготавливают к испытанию следующим образом: образцы воздушного хранения очищают от пыли, хранившиеся в воде - протирают влажной тряпкой. Затем образцы измеряют, определяют объем с точностью до 1 см³, взвешивают с точностью до 0,5 % и вычисляют среднюю плотность (см. гл. 1). Предел прочности образцов – балочек на изгиб определяют на приборе МИИ-100, а на сжатие - испытанием половинок балочек на гидравлическом прессе. Методика проведения испытания такая же, как при определении прочности цемента (см.гл.4).

Определение предела прочности образцов – кубов

Для определения прочности изготавливают несколько серий образцов кубов (на каждый срок), в каждой серии - 3 образца. Используют формы с поддонами или без поддонов. Собранную и смазанную форму заполняют растворной смесью в два приема слоями по 4 см. Уплотнение производят 12 нажимами шпателя. Избыток смеси срезают влажным ножом и заглаживают поверхность. Хранение образцов-кубов и подготовку их к испытанию проводят аналогично образцам балочкам. Предел прочности при сжатии R_сж, кгс/см² определяют по формуле (см. гл. 1).

При проведении со студентами лабораторных работ по данной теме производят приготовление растворной смеси, определение ее подвижности, а затем – марки раствора по прочности. Результаты заносят в журнал для лабораторных работ.

Контрольные вопросы.

1. Что такое строительный раствор?

2. Назовите основные виды растворов.

3. Как определить подвижность растворной смеси?

4. Что такое марка раствора и как ее определяют.

Глава 8. Металлические материалы

8.1 Классификация металлов и сплавов

Металлы – это кристаллические вещества, характеризующиеся рядом специфических свойств такими, как электо-теплопроводность, блеск, способность хорошо отражать электромагнитные волны, высокие технологические свойства. Свойства металлов обусловлены их строением: в кристаллической решетке имеются свободные электроны, которые могут свободно перемещаться. На практике термин «металлы» распространяют и на сплавы. В технике применяют, как правило, не чистые металлы, а сплавы, т.к. они обладают по сравнению с чистыми металлами более высокой прочностью, лучше подаются разным видам обработки.

Сплавы – это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов с неметаллами. Составляющие сплавов называются компонентами. Различают следующие виды сплавов:

• механические смеси, состоящие из смеси кристаллов компонентов;

• однородные растворы, полученные при затвердевании расплавов;

• химические соединения, образовавшиеся при химическом взаимодействии компонентов.

Наука, изучающая состав, строение, свойства металлов и сплавов, изменение их свойств под влиянием различных воздействий, называется металловедением. Металлы имеют кристаллическое строение, при затвердевании они образуют геометрически правильные системы – кристаллические решетки различных модификаций (рис 8.1). Процесс кристаллизации имеет некоторые особенности. Атомы металлов являются положительно заряженными ионами, которые непрерывно колеблются около положения равновесия. С повышением температуры амплитуда колебаний увеличивается, кристаллы расширяются, а при температуре плавления колебания настолько усиливаются, что кристаллическая решетка разрушается. Кристаллы анизотропны, имеют неодинаковые свойства по разным направлениям, что объясняется различным числом атомов решетки в разных сечениях. Различают первичную и вторичную кристаллизацию металлов. Первичная кристаллизация – образование кристаллической структуры в металлах и сплавах при переходе из жидкого состояния в твердое. Вторичная кристаллизация – это изменение кристалического строения металлов в твердом состоянии, это так называемая аллотропия металлов и сплавов.

Характерными физическими свойствами металлов являются: цвет, плотность, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, расширяемость при нагревании. К химическим свойствам относятся: окисляемость, растворимость, коррозионная стойкость, жароупорность и другие. Основные механические свойства: прочность на растяжение, твердость, ударная вязкость, усталость и т.д. Для исследования и испытания металлов и сплавов используют следующие методы:

• Химический анализ устанавливает наличие химических элементов в металле и сплаве.

• Макроанализ – изучение строения металлов и сплавов невооруженным глазом или в лупу. Позволяет обнаружить усадочные раковины, пустоты, трещины, неметаллические включения, наличие вредных примесей (серы, фосфора).

• Микроанализ – изучение структуры металлов с помощью микроскопа. Позволяет определить структурные составляющие металлических сплавов, наблюдать расположение фаз, их форму и размеры.

• Термический анализ сводится к определению критических точек при нагревании и охлаждении с построением кривых «температура – время».

• Рентгенографический анализ основан на различной степени поглощаемости рентгеновских лучей металлом и сплавом: сильнее – сплошным металлом, меньше там, где находятся газовые и шлаковые включения, трещины. Все это фиксируется на экране или фотоснимках.

• Ультразвуковая дефектоскопия основана на различной скорости прохождения ультразвука, позволяет обнаружить инородные включения, раковины, трещины.

• Механические испытания, подразделяются на статические и динамические. При статических испытаниях металл подвергается действию постоянной силы или силы, возрастающей медленно. При динамических испытаниях металл подвергается действию ударов или быстро возрастающей силы.

Применяемые в строительстве металлы делят на две группы: черные и цветные. Черные металлы (чугун и сталь) – это сплавы железа с углеродом. В стали содержание углерода составляет до 2,14%, в чугуне – 2,14…6,67%. Цаетные металлы делят по плотности на легкие (ρ<3 г/см³) и тяжелые (ρ>3 г/см³). Наибольшее применение в строительстве получили стали. Это каркасы промышленных и гражданских зданий, конструкций мостов, эстакад, труб и др. сооружений, арматура для железобетона. В современном строительстве расширяется область применения цветных металлов – это конструкции из алюминиевых сплавов, архитектурно-строительные детали, обладающие высокой коррозионной стойкостью и декоративностью. По назначению металлы делят на конструкционные, инструментальные, специальные.

Изучение и исследование металлов проводится группами студентов из 2-3 человек на образцах железоуглеродистых сплавов. Построение кривой охлаждения, назначение режима термической обработки производится для заданного преподавателем сплава по диаграмме состояния Fe – Fe₃C. Результаты работ оформляются в специальном журнале в виде таблиц, графиков, рисунков, проводится их анализ и делаются выводы.

о

а б в

Рис. 8.2. Основные виды элементарных ячеек кристаллических решеток