Материал: Физико-механические свойства конструкционных композитов. методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов 3-го курса. Рогатнев Ю.Ф., Ларионов С.Г

38

Ф едеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра железобетонных и каменных конструкций

Физико-механические свойства конструкционных композитов

Методические указания

к выполнению лабораторных работ для студентов 3-го курса

специальности 270102 – "Промышленное и гражданское строительство"

всех форм обучения

Воронеж 2005

С оставители Ю.Ф. Рогатнев, С.Г. Ларионов, В.А. Чмыхов и др.

УДК 624.012.45

Физико-механические свойства конструкционных композитов [Текст]: метод. указания к выполнению лаб. работ для студ. 3-го курса спец. 270102 /Воронеж. гос. арх. – строит. ун-т.; сост.: Ю.Ф. Рогатнев, С.Г. Ларионов, В.А. Чмыхов и др. – Воронеж, 2005. – 41 с.

Дается методика проведения, выполнения и оформления результатов лабораторных работ по исследованию механических характеристик основных конструкционных материалов, широко используемых в строительстве. Приводятся необходимые справочные и нормативные сведения.

Предназначены для студентов третьего курса специальности 270102 "Промышленное и гражданское строительство" всех форм обучения.

Ил. 14. Табл. 11. Библиогр.: 8 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Рецензент – Б. К. Немчинов, к. т. н., доц. кафедры металлических конструкций и сварки в строительстве ВГАСУ

Введение

Испытания физико-механических свойств конструкционных материалов, применяемых в строительстве, развитие физических и механических методов контроля основных конструкционных материалов имеют большое значение для развития строительной науки и техники. Результаты испытаний дают возможность проверить эксплуатационную пригодность, надежность, качество уже используемых для строительных конструкций и вновь разрабатываемых материалов, а также правильность технологии изготовления строительных материалов. Испытания имеют особое значение для важнейшего конструкционного композита – бетона, теория сопротивления которого строится на опытных данных и исходит из действительного напряженно-деформированного состояния под нагрузкой.

Настоящие методические указания призваны ознакомить студентов с основами испытаний важнейших конструкционных материалов, а также основными физическими и механическими методами разрушающего и неразрушающего контроля механических характеристик, включая статистическую обработку результатов измерений.

Методическими указаниями предусмотрено выполнение лабораторных испытаний бетонных образцов с целью определения прочности разрушающими и неразрушающими методами, определение механических характеристик арматурной стали, испытание кирпича. Предлагается выполнить четыре лабораторные работы. В первой работе исследуется прочность стандартных бетонных образцов с применением неразрушающих методов контроля (ультразвукового, пластических деформаций, упругого отскока) во второй прочность образцов, использованных в первой работе, определяется разрушающими методами, выполняется анализ и сравнение результатов по первой и второй работам. В третьей механические свойства арматурной стали определяют путем ее испытания на растяжение с построением диаграммы деформирования. В четвертой определяется предел прочности кирпича при сжатии и изгибе.

Лабораторная работа № 1. Определение прочности бетонных образцов неразрушающими методами

1.1. Цель работы

Определить прочность бетона при сжатии путем испытания образцов в форме кубиков неразрушающими методами.

1.2. Задание

• Выполнить визуальный осмотр образцов с целью отбраковки и подготовки их поверхности для проведения испытаний;

• обозначить на боковых гранях образцов места для приведения испытаний;

• определить прочность бетонных образцов ультразвуковым методом по ГОСТ 17624–87 [2] с помощью ультразвукового прибора УК-14ПМ;

• определить прочность бетонных образцов по ГОСТ 22690-88 [1] с использованием молотка Кашкарова;

• определить прочность бетонных образцов по ГОСТ 22690-88 [1] с помощью склерометра ОМШ-1;

• выполнить статистическую обработку результатов измерений;

• сравнить результаты определения прочности бетона;

• рассчитать прочность бетона при растяжении;

• оформить отчет;

• ответить на контрольные вопросы.

1.3. Краткие теоретические сведения

Неразрушающие методы позволяют наиболее оперативно и экономически выгодно по косвенным характеристикам определить прочность бетона и другие его параметры. Различают механические и ультразвуковые методы определения прочности и других параметров бетона.

Прочность бетона определяют по предварительно установленным градуировочным зависимостям между прочностью бетонных образцов и косвенными характеристиками прочности.

В зависимости от применяемого метода косвенными характеристиками прочности являются:

• при использовании метода пластических деформаций (молоток Кашкарова) – соотношение диаметров отпечатков на бетоне и стандартном образце;

• при использовании метода упругого отскока – значение отскока бойка от поверхности бетона (склерометр ОМШ-1).

Использование ультразвукового метода основано на известных зависимостях параметров механических колебаний упругой среды от ее физико-механических характеристик плотности – ; модуля упругости – Е, модуля сдвига – G и коэффициента Пуассона – .

Важнейшей характеристикой волны является скорость ее распространения с

, (1.1)

где – коэффициент, зависящий от формы среды:

(1.2)

– для объемных (трехмерных) сред – массивов;

(1.3)

– для плоских (двухмерных) сред – пластин;

(1.4)

– для линейных (одномерных) сред – стержней.

Контроль прочности осуществляют по скорости прохождения через бетон переднего фронта продольной ультразвуковой волны (скорости ультразвука) исходя из градуировочной зависимости (рис.1.1).

Рис.1.1

Скорость ультразвука определяют по времени t (мкс) его прохождения на участке определенной длины L (мм), называемой базой прозвучивания, по формуле

. (1.5)

Для генерации и приема ультразвуковых колебаний применяются пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП), действие которых основано на пьезоэлектрических эффектах – прямом и обратном. Прямой эффект состоит в появлении электрических зарядов на границах некоторых кристаллов при их сжатии или растяжении. Обратный эффект – в возникновении деформаций при внесении подобных кристаллов в электрическое поле.

1.4. Выполнение работы

1.4.1. Определение прочности бетона с помощью ультразвукового прибора УК-14ПМ

Для надежного контакта между преобразователем и поверхностью бетона в местах прозвучивания наносится тонкий слой технического вазелина, машинного масла или других вязких материалов. Если на поверхности бетона в месте установки преобразователей имеются мелкие трещины, раковины или поры глубиной и диаметром более 2 мм, их заделывают гипсовым раствором. Различные неровности обрабатывают механическим путем.

Рис.1.2. Ультразвуковой прибор УК-14ПМ. Внешний вид

Для приведения прибора УК-14ПМ в рабочее состояние необходимо:

– включить в сеть шнур блока питания и включить кнопку сетевого питания "сеть", которая находится на верхней стенке прибора;

– подключить преобразователи к разъемам;

– включить прибор нажатием на кнопку "ВКЛ", при этом должен загореться индикатор включения и индикатор "РЕЖИМ".

Далее необходимо произвести коррекцию систематической погрешности прибора с помощью комплекта отраслевых стандартных образцов (рис.1.3), для чего установить преобразователи соосно на торцевых поверхностях образца МД 19-0-1 (входит в комплект поставка УК-14ПМ), предварительно смазанных контактной жидкостью и произвести измерение времени распространения УЗК по цифровому индикатору "ВРЕМЯ" (+); произвести аналогичные измерения времени распространения УЗК в образцах МД 19-0-1 и МД 19-0-2, установленных друг на друга через контактную среду; вычислить истинное время распространения УЗК в образце МД 19-0-2 по формуле

, (1.6)

где – истинное время распространения УЗК в образце МД 19-0-2;

– время распространения УЗК в образцах МД 19-0-1 и МД 19-0-2;

– то же, в образце МД 19-0-1.

Рис. 1.3 – Схемы испытания кубов бетона прибором УК-14ПМ:

а – схема испытания кубов способом сквозного прозвучивания; б – схема испытания

кубов способом поверхностного прозвучивания; УП – ультразвуковые преобразователи;

1 – направление формования; 2 – направление испытания при сжатии; L – база прозвучивания

Далее, установив преобразователи соосно на торцевых поверхностях образца МД-0-2, предварительно смазанных контактной жидкостью, необходимо с помощью регулировки добиться равенства измеренного t₂ и истинного времени распространения УЗК.

Для измерения времени распространения УЗК в образцах и изделиях преобразователи устанавливаются соосно на образце материала или контролируемом изделии, также предварительно смазанных контактной жидкостью, и при наличии устойчивых показаний результат фиксируется по цифровому индикатору "ВРЕМЯ" (t).

Прочность бетона в образце или конструкции определяется по градуировочной кривой 1.1. в зависимости от измеренной скорости прохождения УЗК. Результаты измерения времени t, базы прозвучивания L и вычисления скорость с записываются в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Результаты измерений

Прочность бетона определяют по градуировочной кривой, проводя перпендикуляр от оси абсцисс к найденным значениям скорости УЗК до пересечения с графиком (рис.1.1) и отыскивая проекцию точки пересечения на ось ординат.

1.4.2. Определение прочности бетона механическим методом с помощью молотка Кашкарова и склерометра ОМШ-1