§ 3. Определение показателей основных механических свойств материалов

В параграфе излагаются сведения об основных средствах измерений показателей механических свойств и методах определения пределов прочности материалов на сжатие, изгиб и растяжение при статической нагрузке.

3.1. Основные средства измерений показателей механических свойств

При определении показателей механических свойств строительных материалов в лабораториях широко используются различные испытательные машины: универсальные, прессы, круги истирания, полочные барабаны и др.

Прессы – это машины статического действия, развивающие с требуемой скоростью предельное усилие (нагрузку). Ими строительные материалы испытываются на сжатие, изгиб, а при соответствующих приспособлениях на растяжение и на срез (скалывание). По виду привода прессы бывают гидравлическими, механическими и гидромеханическими. В строительных лабораториях чаще всего применяют гидравлические и механические прессы с максимальным усилием от 25 до 5000 кН.

Принципиальная схема гидравлического пресса приведена на рис 1.7. Для испытания строительных материалов промышленность выпускает прессы нескольких марок, наиболее распространенными из них являются ПММ-250, ПММ-125, П-50, П-10 и П-5 (цифровой индекс указывает максимальное усилие в тонно-силах).

Рис. 1.7. Схема гидравлического пресса:

1- станина;2– стойка;3–траверса;4, 5 – плиты;6– поршень;7– силоизмерительное устройство;8– масляный насос;9– электродвигатель

В лабораториях применяют также универсальные испытательные машины для статических испытаний материалов на растяжение (марок УММ-200, Р-5, Р-10), сжатие и изгиб.

Рис. 1.8. Рычажный прибор Михаэлиса:

1– плита-основание;2– образец;3– стойка;4, 7– рычаги;5– серьга;6– груз;8– консоль;9– сосуд с дробью;10– задвижка;11– ведерко;12– зуб задвижки;13– захват

При испытании материала на изгиб требуется значительно меньшее усилие, чем на сжатие, поэтому можно применять прессы малой мощности. Они оборудуются специальными приспособлениями для установки и передачи нагрузки на образец, а также автоматическим числовым силоизмерителем. Для испытания на изгиб стандартных образцов-балочек размером 40×40×160 мм применяется рычажный прибор Михаэлиса (рис. 1.8) или специальная машина МИИ-100 (рис. 1.9). Они обеспечивают нагружение образца со скоростью 1±0,1 Н/с.

Истираемость строительных материалов определяется на кругах истирания марки ЛКИ-3 (рис. 1.10). Основной рабочий элемент машины – чугунный горизонтально вращающийся диск. При испытании к нему прижимается образец с определенным давлением, а на диск равномерно насыпается абразивный материал, способствующий истиранию образца. При стандартных параметрах испытания (путь истирания или число оборотов диска, количество циклов, вид и расход абразивного материала, давление на образец) определяется потеря массы образца на единицу площади истирания.

Рис. 1.9. Машина МИИ-100:

1– счетчик;2– тумблер;3– рычаг;4– захват;5– маховичок;6– станина;7– шкала;8– стрелка;9– амортизатор;10– контрольный груз;11– шайба;12– винт;13– коромысло

Рис. 1.10. Машина ЛКИ-3:

1– счетчик оборотов;2– истирающий диск;3– груз;4– образец;5– шлифовальный порошок

Для испытания материалов на износ применяется полочный барабан (рис. 1.11), представляющий собой металлический горизонтально вращающийся цилиндр, внутри которого прикреплена стальная полка шириной 100 мм. Испытываемый материал вместе с чугунными шарами (до 11-12 шаров диаметром 48 мм), равными массе пробы, закладывается в барабан и вращается. Обычно испытанию на износ подлежат горные породы, из которых изготавливается крупный заполнитель для аэродромных и дорожных бетонов.

Рис. 1.11. Полочный барабан