Способ определения прочности хрупкого материала Советский патент 1992 года по МПК G01N3/08 

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств хрупких материалов, в частности к определению прочности бетона на сжатие

Известен способ определения прочности хрупкого материала, по которому образец с помощью двух захватов нагружают сжимающими усилиями до разрушения и фиксируют усилие при разрушении, по которому судят о прочности материала В способе используют образец в виде куба с длиной ребра преимущественно 100 мм, который помещают между плитами пресса

Недостатком этого способа является недостаточная точность определения прочности хрупкого материала объясняется тем, что при испытании обрззца-куба происходит деформация и смещение опорных граней вдоль плоскости плит пресса, а возникающие силы трения вызывают искажение результата испытаний. Кроме того характер расположения зерен крупного на полнителя в прямых углах образца существенно влияет на величину разрушающего усилия т е прочность материала в угловых участках куба может быть ниже чем в средней части

Цель изобретения - повышение точности

Поставленная цель достигается тем чти в способе определения прочности хрупкого материала по которому образец с помощью двух захватов нагружают сжимающими уси лиями до разрушения и фиксируют усилие при разрушении по которому судят о проч ности материала согласно изобретению используют образец в виде двух соединенных большими основаниями соосных усеченных конусов, предназначенные для взаимодействия с образцом поверхности захватов вы VI

ю ю

полняют вогнутыми в виде двух сопряженных между собой полуконусов, аналогичных конусам образца, а продольную ось порер- хностей захватов и образца во время нагру- жения располагают перпендикулярно продольной оси захватов.

Новая совокупность существенных признаков предлагаемого способа определения прочности хрупкого материала позволяет снизить влияние расположения крупного наполнителя на результат испытаний, из-за отсутствия прямых углов сопряжения поверхностей образца. При испытании практически удается избежать смещения элементов образца вдоль плоскости плит пресса при нзгружении за счет того, что продольную ось поверхностей захватов и образца располагают перпендикулярно продольной оси захватов, т.е. линии действия сжимающего усилия.

При этом захваты охватывают боковую поверхность и препятствуют смещению элементов образца под действием сжимающей нагрузки, создавая эффект двухосного сж тия. Это позволяет повысить точность определения прочности, уменьшить разброс результатов испытаний, в том числе, единичных значений прочности образцов, средней прочности образцов в серии и коэффициента аариации прочности материала (бетона) за установленный период, что позволяет дополнительно снизить расход образцов в серии с трех до двух и добиться снижения расхода цемента. Кроме того, при сохранении основных геометрических параметров (длина образца 100 мм, диаметр образца в месте сопряжения и 100 мм, диаметр торцов 80 мм) объем и масса образца уменьшаются, что также снижает расход материала

На фиг. 1 изображен образец; на фиг. 2 - схема нагружения образца; на фиг. 3 - вид по стрелке Б на фиг. 2, на фиг 4 - разрез А-А на фиг, 2.

В предлагаемом способе определения прочности хрупкого материала используют образец 1 (фиг. 1) в виде двух соединенных большими основаниями соосных усеченных конусов. Между неподвижной плитой 2 (фиг. 2) и подвижной относительно колонн 3, 4 плитой 5 горизонтально устанавливают образец 1 в верхнем 6 и нижнем 7 захватах, имеющих для взаимодействия с образцом 1 вогнутые поверхности в виде двух сопряженных между собой полуконусов, аналогичных конусам образца 1, Между захватами 6, 7 имеется зазор в, равный 10-15 мм (фиг 3). Нагружение осуществляют сжимающим усилием Р (фиг 2) перпендикулярно оси 0-0 образца 1 Испытание

ведут таким образом, чтобы напряжение в образце 1 при нагружении возрастало с постоянной скоростью в ±2 кгс/см2 в секунду до его разрушения. Максимальное усилие, достигнутое в процессе испытания, принимают за величину разрушающей нагрузки

Ртах, ПО КОТОРОМУ СУДЯТ О ПРОЧНОСТИ ХрупКОго материала, в частности бетона. Величины разрушающих нагрузок и площадей рабо- чих сечений образцов записывают в журнал испытаний.

Прочность бетона в кгс/cr 2 вычисляют для каждого образца по формуле

15

Kw,

(1)

Г)

где R - прочность бетона на сжатие, кгс/см ,

Р - разрушающая нагрузка, кгс; F - площадь рабочего сечения образца, см2;

у-коэффициент прочности, приведенный к прочности эталона-образца - куба с ребром 150 мм;

Kw - поправочный коэффициент, учитывающий влажность бетона образца.

Значения коэффициен говуи Kw оыбирг.- ют опытным путем.

Образцы изготовляют и испытывают се- риями. Серии как правило состоит из трех образцов.

Прочность бетона в партии Р вычисляют в соответствии с ГОСТ 18105-86 по формуле

п

2 RI

Rm ,

(2)

где RI - единичное значение прочности бетона, мПа;

п - общее число единичных значений прочности бетона в партии

За единичное значение прочности бето- на принимают среднюю прочность бетона в одной серии образцов

R

, 1

R

(3)

где R - среднее значение прочности бетона в серии образцов данного размера, кгс/см2,

RI - значение прочности отдельного об- разца, кгс/см2;

п - число образцов в серии.

Для определения характеристик однородности бетона по прочности в течение анализируемого периода для каждой партии бетона вычисляют среднее квадратичное отклонение Sm и коэффициент вариации Vm прочности.

При числе Значений прочности бетона в партии больше шести вычисляют по форму ле

-

V

Sm -

EXiVRm)2

I

Если число единичных значений прочности бетона в партии от двух до шести, .. значение Sm вычисляют по формуле

эт

Wm

где wm размах единичных значений прочности бетона в контролируемой партии, МПа, определенный как разность между максимальными и минимальными единичными значениями прочности;

а - коэффициент, зависящий от числа единичных значений (п).

Коэффициент вариации Vm прочности бетона в партии в процентах вычисляют по формуле

Rrri

100

Допускается производить испытание серии из двух образцов, если средний за квартал коэффициент вариации прочности бетона, вычисленный в соответствии с обязательным приложением 1 (1), не превышает 5°4

я

Средний внутрисерийный коэффициент вариации прочности бетона (Vc) определяют по результатам испытаний последователь- ных серий образцов бетона данной марки по формуле

5

10

..

20

25

30

35

40

45

We) - R| max Ri mil1,

RuWc - средняя прочность и средний внутрисерийный размах по 50 сериям об- разцрв;

R), RI max. WCj - средняя, максимальная и минимальная прочность и размах в от дельной (j-й) серии образцов;

d - коэффициент, зависящий от числа образцов (п) в серии, который при п 2 принимают d 1,128, а при п 3 принимают d 1.693.

Пример. Образец формуют в виде двух усеченных конусов, сопряженных больши ми основаниями.

Геометрические параметры образца-ко нуса:

длина образца L 100 мм;

диаметр средней части D 100 мм;

диаметр торцов di 80 мм;

площадь рабочего сечения F 9000 мм 90 см2.

При осуществлении способа было изго- тоалено 11 партий образцов. Каждая партия состояла из контрольных стандартных об разцов - кубов (100 х 100 х 100) и образцов- конусов (100 х 100 х 80). Испытаний образцов производились в лаборатории нЈ прессе ПГ-125.

Определение прочности образцов-кубов производилось по методике ГОСТ 18105-86.

Определение прочности образцов-ку- бов производилось согласно изобретению в захватах-полуконусах с приложением сжи- мающего усилия перпендикулярно оси образца-конуса.

Результаты испытаний представлены в таблице.

На основании результатов испытаний , был определен коэффициент вариации показателей прочности бетона для образцов различной формы. Величина прочности не определялась.

Для образцов-кубов:

среднее арифметическое значение величины разрушающего усилия:

Использование исследование прочностных свойств хрупких материалов, в частности определение прочности бетона на сжатие Сущность изобретения образец 1 с помощью двух захватов 6 7 нагружают ежи мающими усилиями Р до разрушения и фик- сируют усилие разрушения Pmsx по которому судят о прочности материала Используют образец 1 в виде двух соединенных большими основаниями соосных усеченных конусов Предназначенные для взаимодействия с образцом 1 поверхности захватов 6 7 выполняют вогнутыми в виде двух сопряженных между собой полуконусов аналогичных конусам образца 1 Про дольную ось 0-0 поверхностей захватов 6, 7 и образца 1 во время нагружения располагают перпендикулярно продольной оси захватов, т е направлению действия сжимающего усилия Р 4 ил 1 табл

Vc

100%,

где R

1

Rj

5б

Л wc we - 4щ--

50

Р

Ј-р

1 294123 п

26738 кгс;

среднее квадратичное отклонение

с

1

(Р-Р):

п - 1

2641 хгс;

коэффициент вариации прочности

V--|- 100% -jjf$Q Ю0 9,««.

Для образцов-конусов: среднее арифметическое значение величины разрушающего усилия

2-е

р ,Й 294Ш 26738кгс: среднее квадратичное отклонение

S

(|(Р-Р)2

1466 кгс;

п-1 коэффициент вариации прочности

V

f 100% 100 3,8%.

Таким образом, полученное значение коаффициента вариации для образца-конуса (3,8%) в 2,6 раза меньше значения коэффициента вариации для образца-куба (9,88%) и меньше 5% предусмотренного

ГОСТ 10180-78 (п. 1.6), что позволяет производить испытание серии из двух образцов вместо трех.

По сравнению с прототипом предложенный способ определения прочности хрупкого материала, благодаря новой совокупности признаков, позволяет повысить точность определения прочности хрупкого материала, что позволяет уменьшить расход

образцов и материала, а также уменьшить объем и массу испытуемых образцов. Формула изобретения Способ определения прочности хрупкого материала, по которому образец с помощью двух захватов нагружают сжимающими усилиями до разрушения и фиксируют усилие при разрушении, по которому судят о прочности материала, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности, используют образец в виде двух соединенных большими основаниями соос- ных усечённых конусов, предназначенные для взаимодействия с образцом поверхности захватов выполняют вогнутыми в виде

двух сопряженных между собой полуконусов, аналогичных конусам образца, а продольную ось поверхностей захватов и образца во время нагружения располагают перпендикулярно продольной оси захватов

2

А

О

А

О

Л

Фиг. 2 9uffB

Фиг. J

А-А

фхгА