СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНОЙ РАСТЯЖИМОСТИ ЦЕМЕНТНЫХ ШТУКАТУРНЫХ СОСТАВОВ Российский патент 2014 года по МПК G01N33/38 

Изобретение относится к области испытаний цементных штукатурных составов на предельную растяжимость при статическом нагружении.

Важным показателем для фасадных штукатурок является способность воспринимать развивающиеся в них усадочные и термомеханические напряжения без образования трещин. Трещиностойкость штукатурного раствора обеспечивает эстетический вид фасада и ограничивает попадание влаги под штукатурку, что может вызвать отслоение штукатурного слоя и отразиться на долговечности стены.

Известен способ определения условной деформативности цементных бетонов ε_ult (Трещиностойкость бетона / В.В.Стольников, Р.Е.Литвинова. - М.: Энергия, 1972. - С.57-59), по которому эта характеристика рассчитывается как отношение прочности образцов при растяжении, получаемой раскалыванием кубов или цилиндров R_раск, к динамическому модулю упругости Е_дин, определяемому на образцах из бетона того же состава физическими методами. Условную предельную растяжимость ε_ult определяют из соотношения ε_ult=R_раск/E_дин.

Недостатками этого способа являются следующие обстоятельства: данный способ косвенный; каждая из определяемых характеристик определяется с погрешностями. Кроме того, при определении деформации путем измерения прочности при растяжении раскалыванием и динамического модуля упругости прочность при раскалывании R_pacк обычно на 10-15% выше, чем прочность при растяжении R_p, определяемая при прямом испытании образцов-восьмерок материала на осевое растяжение, а динамический модуль упругости больше статического модуля упругости примерно на 20-25%. Это приводит к тому, что получаемая таким образом деформация фактически больше предельной растяжимости ε_ult не менее чем на 15-20%.

Наиболее близким к предлагаемому является прямой способ определения деформативности бетона при растяжении на образцах-восьмерках (Трещиностойкость бетона / В.В.Стольников, Р.Е.Литвинова. - М.: Энергия, 1972. - С.55-56). По данному способу для определения дефомативности на образцы-восьмерки наклеиваются приборы измерения деформаций (тензодатчики сопротивления, механические тензометры), и образцы испытываются на прочность при растяжении. В основу приборов положен так называемый нулевой метод измерения сопротивлений проволочных датчиков, обеспечивающий высокую точность показаний приборов. К таким приборам относятся приборы серии АИД-1М, АИ-1, ИСД-3 и др.

Недостатком данного способа является трудность синхронизации данных измерения деформаций и разрушающей нагрузки, приводимой далее к напряжению.

В обоих вышеназванных способах реализуется испытание образцов материала штукатурного состава с размерами, отличными от толщины реального штукатурного слоя.

Задачей изобретения является упрощение технологии проведения испытаний, исключение необходимости применения средств тензометрии, повышение точности определения предельной растяжимости и проведение испытаний на слоях штукатурки с характерно малой толщиной от нескольких мм до 2-3 см.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения предельной растяжимости цементных штукатурных составов, включающем испытание образцов материала штукатурного состава при растяжении, согласно изобретению величину предельной растяжимости определяют испытанием образцов - стальных балочек с нанесенным штукатурным составом по схеме двухточечного изгиба с плавным нагружением малыми ступенями и фиксацией ступени нагружения, соответствующей моменту трещинообразования, а значение предельной растяжимости расчитывают по формуле:

где ε_ult ^ш.р. - предельная растяжимость штукатурного раствора; Р - прикладываемая нагрузка, равная двум сосредоточенным силам Р/2, кН; а - расстояние от опоры балочки до точки приложения сосредоточенной силы Р/2, см; E_s - модуль упругости стали, 2·10⁵ МПа; b - ширина стальной балочки, см; h - высота балочки, см.

За счет обеспечения равномерного нагружения цементного штукатурного слоя достигается однородное напряженное состояние в сечении испытуемого образца за счет его центрирования при нагружении. Таким образом, достигается технологическая простота при проведении испытаний и повышается точность определения величины предельной растяжимости.

Способ осуществляется следующей последовательностью операций: подготавливают предварительно ошкуренный (для повышения адгезии) образец в виде стальной обезжиренной балочки из мягкой углеродистой стали, на нижнюю поверхность которой наносят штукатурный слой постоянной толщины. Далее образец выдерживают в нормальных условиях (температура (20±2)°С, влажность (90±5)%) необходимое время. По истечении срока хранения в нормальных условиях балочку помещают в естественные условия (температура (20±2)°С, влажность (55±5)%) на 24 ч для удаления избытка влаги. Далее балочку устанавливают на опоры пресса с механической системой нагружения и подвергают испытанию по схеме двухточечного изгиба с плавным нагружением малыми ступенями. За величину ступени принимается малый прирост нагрузки относительно предельно допустимой, исходя из предела текучести стали образца. После приложения очередной ступени нагружения штукатурный слой просматривают (при необходимости с помощью лупы) на возможность образования трещин на данном этапе нагружения. Во время испытания фиксируют величину ступени, соответствующую моменту трещинообразования. Нагружение производится в пределах 0,8-0,9 от уровня нагрузки, соответствующей пределу текучести стальной балочки. Предельная растяжимость определяется исходя из условия совместности деформаций стали и штукатурного слоя при допущении отсутствия влияния слоя раствора на напряженно-деформированное состояние стальной балочки. Точность метода оценивается деформацией, соответствующей ¹/₂ ее приращения за одну ступень, предшествующей трещинообразованию. Предельно возможная ошибка по деформации Δε соответственно ¹/₂ ступени нагрузки. Варьируя ступени приращения нагрузки, можно получить необходимую точность измерений.

На чертеже изображена схема испытания по схеме двухточечного изгиба с плавным нагружением малыми ступенями.

Применительно к нагружению по схеме двухточечного изгиба стальной балочки сечением b×h, длиной (пролетом) l изгибающий момент в зоне чистого изгиба составит

где Р - прикладываемая нагрузка, равная двум сосредоточенным силам Р/2, кН; а - расстояние от опоры до точки приложения сосредоточенной силы Р/2, см; М - изгибающий момент, кН·см;

где b - ширина стальной балочки, см; h - высота балочки, см; W_s - момент сопротивления сечения балочки, см³.

Нормальное напряжение в крайнем растянутом волокне балочки

при этом σ_s - предельно допустимое напряжение, принимаемое пониженным относительно предела текучести стали σ_у на 10-20%, МПа.

Из условия совместности деформации при допущении об отсутствии влияния слоя раствора на напряженно-деформированное состояние стальной балочки получим

где E_s - модуль упругости стали, E_s=2·10⁵ МПа; ε_s - предельная растяжимость стальной балочки; ε_ult ^ш.р. - предельная растяжимость штукатурного раствора, равная

Предлагаемый способ может использоваться при оценке предельной растяжимости растворов и в исследованиях по оптимизации составов штукатурок с целью повышения их трещиностойкости.

Примеры реализации способа

Предлагаемый способ определения предельной растяжимости штукатурных составов обоснован результатами экспериментов.

Лабораторные исследования проводились для различных штукатурных составов: Baumit StartContact, Baumit Artoplast, Быстрой OK Теплоизоляция, цементно-песчаный раствор. По предлагаемому способу подготавливают предварительно ошкуренные обезжиренные стальные балочки (марка стали С230) размером 7×10×200 мм, на нижнюю поверхность которых наносят штукатурный слой постоянной толщины. Далее эти образцы выдерживают в нормальных условиях (температура (20±2)°С, влажность (90±5)%) необходимое количество суток. По истечении срока хранения в нормальных условиях балочки помещают в естественные условия (температура (20±2)°С, влажность (55±5)%) на сутки для удаления лишней влаги, после чего их устанавливают на опоры пресса с механической системой нагружения (пресс механический мощностью 5кН П-8) и подвергают испытанию по схеме двухточечного изгиба с плавным нагружением малыми ступенями. Испытания на растяжимость проводят в возрасте 14 и 28 суток.

В таблице показаны техника проведения эксперимента и результаты испытаний балочек с нанесенным штукатурным составом по схеме двухточечного изгиба на предельную растяжимость (см. Приложение).

Изобретение относится к области испытаний цементных штукатурных составов на предельную растяжимость при статическом нагружении. Сущность: величину предельной растяжимости определяют испытанием стальных балочек с нанесенным штукатурным составом по схеме двухточечного изгиба с плавным нагружением малыми ступенями и фиксацией ступени нагружения, соответствующей моменту трещинообразования, а значение предельной растяжимости рассчитывают по формуле. Технический результат: упрощение технологии проведения испытаний, исключение необходимости применения средств тензометрии, повышение точности определения предельной растяжимости и проведение испытаний на слоях штукатурки с характерно малой толщиной от нескольких мм до 2-3 см. 1 табл., 1 ил.

Способ определения предельной растяжимости цементных штукатурных составов, включающий испытание образцов материала штукатурного состава при растяжении, отличающийся тем, что величину предельной растяжимости определяют испытанием стальных балочек с нанесенным штукатурным составом по схеме двухточечного изгиба с плавным нагружением малыми ступенями и фиксацией ступени нагружения, соответствующей моменту трещинообразования, а значение предельной растяжимости расcчитывают по формуле:

где - предельная растяжимость штукатурного раствора; Р - прикладываемая нагрузка, равная двум сосредоточенным силам Р/2, кН; а - расстояние от опоры балочки до точки приложения сосредоточенной силы Р/2, см; E_s - модуль упругости стали, 2·10⁵ МПа; b - ширина стальной балочки, см; h - высота балочки, см.