Метрология стандартизация и сертификация в строительном материалове

не сползая (не стекая) с нее, они должны обладать определенными свойствами. Для оценки таких свойств используют реологические методы и приборы.

Реология – наука о деформациях и текучести веществ. Объект реологии – жидкие и пластичные вещества. Жидкостями в реологии считаются вещества, которые под действием приложенной силы неограниченно деформируются, т.е. текут. Твердые тела (идеальные), напротив, под действием силы деформируются обратимо (упруго) и восстанавливают свою форму после окончания действия силы. Реальные материалы, в том числе бетонные и растворные смеси, мастики, краски, сочетают в себе свойства жидких и твердых тел. В зависимости от преобладания того или иного свойства говорят о вязкотекучих или пластичновязких смесях.

К основным реологическим характеристикам относятся вязкость, предельное напряжение сдвига, тиксотропия.

При определении какого-либо показателя свойства материала часто приходится сталкиваться с тем, что значения, получаемые при измерении этого показателя, неодинаковы. Например, прочность контрольных кубов одного замеса бетона почти всегда неодинакова. Эти отклонения могут быть обусловлены разными причинами: неточностью измерительных приборов или неправильностью методики измерений, ошибками работника, производящего измерения, и неизбежнымиотклонениями свойств самого материала.

Первые две причины, называемые систематические ошибки, могут быть устранены или учтены. Третья причина – случайные ошибки, которые складываются из множества неконтролируемых причин: неоднородность материала, различия в его технологической обработке и т.п. Пол-

261

ностью исключить влияние случайных ошибок невозможно. Эти ошибки вызывают отклонения при измерении в обе стороны от истинного значения. Эти отклонения обычно подчиняются нормальному закону распределения:

–отклонения не могут иметь один и тот же знак, т.е. измеряемые значения бывают и больше, и меньше среднего значения;

–абсолютные значения отклонений ограничены ка- кими-либо пределами для большинства результатов измерений;

–чем больше значение отклонения, тем реже оно встречается;

–если число измерений достаточно велико, то сумма положительных отклонений приблизительно равна сумме отрицательных.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

Влажность – содержание влаги в материале в данный конкретный момент, отнесенное к единице массы материала в сухом состоянии

Водопоглощение – способность материала поглощать влагу и удерживать ее в своих порах.

Гигроскопичность – способность материала поглощать влагу в виде паров воды, содержащихся в воздухе.

Деформация – изменение относительного расположения частиц тела, вызванное их перемещениями под действием внешних сил.

Истинная плотность – плотность того вещества, из которого состоит материал. При расчете объем материала

262

вычисляют без пор и пустот VТВ. Истинная плотность – физическая константа вещества.

Истираемость – стойкость материала к абразивному износу, оценивается потерей массы материала, отнесенной к единице его площади, или уменьшением толщины материала.

Морозостойкость – способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное замораживание иоттаивание без видимых признаков разрушения.

Насыпная плотность – характеристика сыпучих (зернистых, порошкообразных), когда для расчета берется весь занимаемый ими объем, включая и пространства между частицами.

Пористость – степень заполнения объема материала порами.

Прессы – машины статического действия, которые создают равномерное, возрастающее с требуемой скоростью усилие, достигающее больших значений (до 100 МН).

Предельное напряжение сдвига – значение внутрен-

них напряжений в пластично-вязком материале, при котором он начинает необратимо деформироваться (течь), т.е. превращаться в вязкую жидкость. Этот показатель у строительных смесей также называют структурной прочностью.

Прибор Михаэлиса – устройство для испытания образцов строительных материалов на изгиб.

Реология – наука о деформациях и текучести веществ. Средняя плотность – плотность, когда при расчете берется его полный объем в естественном состоянии Vест,

включая поры и пустоты.

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого материала.

263

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.В чем разница между истинной, средней и насыпной плотностями?

2.Зачем измельчают материал при определении истинной плотности?

3.Почему при испытании на морозостойкость материал оттаивают в воде?

4.Каков принцип действия гидравлического пресса

икак на нем определяют усилие, действующее на испытуемый образец?

5.Зачем плиты прессов устанавливают на сферических опорах?

6.Как правильно устанавливать образцы в пресс при испытании на сжатие?

7.Каково отличие машины МИИ-100 от прибора Михаэлиса?

8.Как определяют истираемость и твердость материалов?

9.Что такое реологические и реолого-технологичес- кие характеристики материалов? Чем они отличаются одна от другой?

10.Что такое вязкость и как она оценивается у различных материалов?

11.Как рассчитать среднее арифметическое ряда измерений и среднюю квадратичную ошибку?

264

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛАВЕ 4

1. ГОСТ З10.3-76* СТ СЭВ 392-82. Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания

иравномерности изменения объема.

2.ГОСТ 310.4-81* СТ СЭВ 392-82. Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии.

3.ГОСТ 310.5-88. Цементы. Метод определения тепловыделения.

4.ГОСТ 310.6-85. Цементы. Метод определения водоотделения.

5.ГОСТ 5802-86. Растворы строительные. Методы испытаний. Поправка ИУС 4-89.

плотности и контроля морозостойкости.

7.ГОСТ 8269.0-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний.

8.ГОСТ 8462-85. Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе.

9.ГОСТ 8735-88*. Песок для строительных работ. Методы испытаний.

10.ГОСТ 10060.0-95. Бетоны. Методы определения морозостойкости. Общие положения.

11.ГОСТ 10060.1-95. Бетоны. Базовый метод определения морозостойкости.

12.ГОСТ 10060.2-95. Бетоны. Ускоренные методы определения морозостойкости при многократном переменном замораживании, оттаивании.

265

13.ГОСТ 10060.3-95. Бетоны. Дилатометрический метод определения морозостой кости.

ГОСТ 10060.4-95. Бетоны. Структурно-механический метод ускоренного определения морозостойкости.

14.ГОСТ 10180-90 СТ СЭВ 3978-83. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.

15.ГОСТ 10181-2000. Смеси бетонные. Методы ис-

пытаний.

16.ГОСТ 12730.0-78. Бетоны. Общие требования к методам определения плотности, влажности, водопоглощения, пористости и водонепроницаемости.

17.ГОСТ 12730.1-78 Бетоны. Метод определения плотности.

18.ГОСТ 12730.2-78. Бетоны. Метод определения влажности.

19.ГОСТ 12730.3-78. Бетоны. Метод определения водопоглощения.

20.ГОСТ 12730.4-78. Бетоны. Метод определения показателей пористости.

21.ГОСТ 12730.5-84*. Бетоны. Методы определения водонепроницаемости.

22.ГОСТ 12852.0-77. Бетон ячеистый. Общие требования к методам испытаний.

23.ГОСТ 17177-94. Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Методы испытаний.

24.ГОСТ 22690-88. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. Поправка ИУ С 5-89.

266

ГЛАВА 5. ИСПЫТАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ

5.1. НЕМНОГО ИСТОРИИ

Деятельность человека по оценке прочности построенного им сооружения возникла практически одновременно с развитием его способности построить это сооружение. В течение многих веков, когда не было даже в зародыше теории расчета сооружений, только опыт практического строительства, отсутствие или наличие разрушений и аварий позволяли отсеивать и выбирать наиболее рациональные конструктивные решения. Долгое время роль эксперимента по сравнению с расчетом оставалась доминирующей.

Первые литературные упоминания, связанные с экспериментальным изучением свойств материалов, содержатся в работах гения эпохи Возрождении Леонардо да Винчи (1452–1519 гг.). В заметке «Испытание сопротивления железных проволок разных длин» он дал эскиз установки, содержащей элемент обратной связи. К растянутой проволоке была присоединена емкость, заполняемая песком. При обрыве проволоки отключалось устройство, подающее песок в ёмкость. Одновременно были проведены исследования при разных длинах проволок, при этом был получен удивительный в то время результат: чем длиннее проволока, тем меньшую нагрузку она выдерживает.

Леонардо да Винчи исследовал также влияние величины пролета изгибаемых балок на их несущую способность.

267

Идеи Леонардо да Винчи на многие годы были скрыты в его записных книжках, публикации которых относятся к началу XX в.

Большой вклад в науку о прочности конструкций внес замечательный ученый Галилео Галилей (1564–1642 гг.). Он проводил испытания при простом растяжении деревянного бруса и установил, что прочность бруса пропорциональна площади его поперечного сечения и не зависит от его длины.

Г. Галилей впервые подошел к оценке несущей способности конструкций с позиции предельных состояний. Идеи его метода расчета получили дальнейшее развитие в 30-х гг. XX столетия. Г. Галилей установил, что изгибающий момент от собственного веса балки возрастает пропорционально квадрату длины балки, экспериментально доказал влияние геометрических размеров бруса на его несущую способность. Им установлено, что геометрически подобные консольные стержни, нагруженные собственным весом, являются неравнопрочными. Г. Галилей дал решение задачи о консоли равного сопротивления.

Существенный вклад в науку о сопротивлении материалов был внесен Р. Гуком (1635–1703 гг.). Им впервые четко был сформулирован закон связи силы и перемещения при работе материала, он установил факт, что в консольной балке при действии на ее конце сосредоточенной силы, направленной вниз, верхние волокна растягиваются, а нижние – сжимаются. Им было установлено, что упругие тела возвращаются в первоначальное состояние после снятия нагрузки.

В 1722 г. французский ученый Реомюр построил испытательную машину и описал в своем труде методы ме-

268

ханических испытаний металлов. Однако первая испытательная лаборатория была организована в лондонском университете в 1847 г. профессором Годкинсоном.

Ш.О. Кулон (1736–1806 гг.) провел экспериментальные исследования, связанные с изучением прочности песчаника, сжатия призм, крутильных колебаний. Для решения последней задачи он сконструировал оригинальный прибор.

Многочисленные эксперименты с изгибом деревянных балок были проведены Ф. Дюпеном (1784–1873 гг.).

А. Дюло в начале XIX в. выполнил обширные испытания железа и железных конструкций, в том числе и на продольный изгиб. Он изучал работу составных и двутавровых балок.

Т. Юнг (1773–1829 гг.) впервые опытным путем определил изменение поперечных размеров образцов при сжатии материала. Он обратил внимание на ограниченность применения закона Гука и установил большие разбросы при поперечном выпучивании сжатых колонн, объяснив это отклонением осевой силы от геометрического центра элемента.

Вработах Ж.В. Понселе (1788–1867 гг.) впервые ставится проблема усталости материалов, повлекшая за собой большое число экспериментальных исследований и положившая начало изучению разрушения нареальныхобъектах.

Г. Джемсом и Д. Гальтоном предложена машина для испытаний на выносливость.

Вработах Д.К. Максвелла (1831–1879 гг.) была разработана техника оптического метода анализа напряжений

вполяризованном свете.

Большой вклад в дело испытания строительных материалов и конструкций внес великий русский ученый

269

М.В. Ломоносов. Он впервые разработал и построил машину для испытания на прочность строительных материалов методом истирания и доказал, что ступени лестниц парадных подъездов дворцов необходимо выполнять из гранита, а не из мрамора, который имеет низкую прочность на истирание.

Замечательный русский самородок И.П. Кулибин (1735–1818 гг.) создал в 70-х гг. XVIII в. проект арочного моста через Неву с пролетом 298,6 м. Им была построена модель этого пролетного строения 1/10 натуральной величины. Испытания модели прошли успешно, и в течение многих лет она перекрывала один из каналов в Таврическом саду Петербурга.

Многочисленные исследования были проведены Д.И. Журавским (1821–1891 гг.). Им было изучено распределение касательных напряжений в сплошных и составных деревянных балках, исследована работа балок коробчатого профиля. Испытывая модели фермы, Д.И. Журавский на элементах этих ферм закрепил натянутые струны и по высоте тона колебания, который издавали струны при загружении модели, он судил об уровне нагружения этих элементов. В области изучения упругости материала существенная роль принадлежит А.Т. Купферу (1799–1865 гг.), первому директору Центральной лаборатории весов и мер в России. Он изучал крутильные колебания, влияние температуры на модуль упругости, провел многочисленные работы по изучению изгиба и колебаний балок. М.Ф. Окатов (1829–1901 гг.) провел обстоятельные исследования коэффициента Пуассона.

Н.А. Белелюбский (1845–1922 гг.) поставил вопрос о необходимости введения в практику испытания материалов единых международных технических условий.

270